Литосфе́ра

 

Литосфе́ра (от греч. λίθος — камень и σφαίρα — шар, сфера) — твёрдая оболочка Земли.

Состоит из земной коры и верхней части мантии, до астеносферы, где скорости сейсмических волн понижаются, свидетельствуя об изменении пластичности пород. В строении литосферы выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

Блоки литосферы — литосферные плиты — двигаются по относительно пластичной астеносфере. Изучению и описанию этих движений посвящен раздел геологии о тектонике плит.

Литосфера под океанами и континентами значительно различается. Литосфера под континентами состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев общей мощностью до 80 км. Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами, в основном состоит из дунитов и гарцбургитов, её толща составляет 5—10 км, а гранитный слой полностью отсутствует.

Для обозначения внешней оболочки литосферы применялся ныне устаревший термин сиаль, происходящий от названия основных элементов горных пород Si (лат. Silicium — кремний) и Al (лат. Aluminium — алюминий).

Земна́я кора́; — внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера). Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами — она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича, или сокращённо Мохо, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Кора есть на большинстве планет земной группы, Луне и многих спутниках планет-гигантов. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Масса земной коры оценивается в 2,8×1019 тонн (из них 21 % — океаническая кора и 79 % — континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли.

 

Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. Согласно теории тектоники плит, она непрерывно образуется в срединно-океанических хребтах, расходится от них и поглощается в мантию в зонах субдукции. Поэтому океаническая кора относительно молодая, и самые древние её участки датируются поздней юрой.

Толщина океанической коры практически не меняется со временем, поскольку в основном она определяется количеством расплава, выделившегося из материала мантии в зонах срединно-океанических хребтов. До некоторой степени влияние оказывает толщина осадочного слоя на дне океанов. В разных географических областях толщина океанической коры колеблется в пределах 5-7 километров.

В рамках стратификации Земли по механическим свойствам, океаническая кора относится к океанической литосфере. Толщина океанической литосферы, в отличие от коры, зависит в основном от её возраста. В зонах срединно-океанических хребтов астеносфера подходит очень близко к поверхности, и литосферный слой практически полностью отсутствует. По мере удаления от зон срединно-океанических хребтов толщина литосферы сначала растет пропорционально её возрасту, затем скорость роста снижается. В зонах субдукции толщина океанической литосферы достигает наибольших значений, составляя 120-130 километров. Средняя толщина земной коры от 5 до 70 км.

 

Континентальная кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена под верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающим низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из метаморфических пород — гранулитов и им подобных.

Наиболее изучен Состав верхней континентальной коры.

Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов. Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 0,25 — на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ba — составляют 99,8 % массы земной коры.

 

Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую взялась решать молодая наука геохимия. Собственно из попыток решения этой задачи и появилась геохимия. Эта задача весьма сложна, поскольку земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.

Первая оценка состава верхней земной коры была сделана Кларком. Кларк был сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. После многих лет аналитических работ, он обобщил результаты анализов и рассчитал средний состав пород. Он предположил, что многие тысячи образцов, по сути, случайно отобранных, отражают средний состав земной коры (см. Кларки элементов). Эта работа Кларка вызвала фурор в научном сообществе. Она подверглась жёсткой критике, так как многие исследователи сравнивали такой способ с получением «средней температуры по больнице, включая морг». Другие исследователи считали, что этот метод подходит для такого разнородного объекта, каким является земная кора. Полученный Кларком состав земной коры был близок к граниту.

Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.

Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.

Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.

 

Ма́нтия — часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км от земной коры.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращённо, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

В начале XX века активно обсуждалась природа границы Мохоровичича. Некоторые исследователи предполагали, что там происходит метаморфическая реакция, в результате которой образуются породы с высокой плотностью. В качестве такой реакции предлагалась реакция эклогитизации, в результате которой породы базальтового состава превращаются в эклогит, и их плотность увеличивается на 30 %. Другие учёные объясняли резкое увеличение скоростей сейсмических волн изменением состава пород — от относительно лёгких коровых кислых и основных к плотным мантийным ультраосновным породам. Это точка зрения сейчас является общепризнанной.

Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и лёгкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.

 

Мантия сложена главным образом ультраосновными породами.

Ультраосновные горные породы — силикатные горные породы с содержанием SiO2 менее 45 %. В большинстве случаев содержат много MgO. Среди ультраосновных пород по минеральному составу выделяются дуниты и оливиниты (в которых вместо хромита присутствует магнетит), перидотиты и пироксениты. Эффузивные разновидности ультраосновынх пород весьма редки. К ним относятся пикриты, меймечиты, кимберлиты и лампроиты.

 

Астеносфера — (от др.-греч. asthees — слабый и др.-греч. σφαῖρα) верхний пластичный слой верхней мантии Земли называемый также слой Гутенберга. Астеносфера выделяется по понижению скоростей сейсмических волн. Выше астеносферы залегает литосфера — твёрдая оболочка Земли. Граница между литосферой и астеносферой может лежать на глубине от 4 (под рифтами) до 200 (под кратонами) км. Астеносфера обладает вязкостью ~3×1020 Пуаз.

 

Литосферная плита — это крупный стабильный участок земной коры, часть литосферы. Согласно теории тектоники плит, литосферные плиты ограничены зонами сейсмической, вулканической и тектонической активности — границами плиты. Границы плит бывают трёх типов: дивергентные, конвергентные и трансформные.

Из геометрических соображений понятно, что в одной точке могут сходиться только три плиты. Конфигурация, в которой в одной точке сходятся четыре или более плит, неустойчива, и быстро разрушается со временем.

Существует два принципиально разных вида земной коры — кора континентальная и кора океаническая. Некоторые литосферные плиты сложены исключительно океанической корой (пример — крупнейшая тихоокеанская плита), другие состоят из блока континентальной коры, впаянного в кору океаническую.

Литосферные плиты постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. Литосферные плиты также могут тонуть в мантии планеты, достигая глубины ядра[1]. С другой стороны, разделение земной коры на плиты не однозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими. Поэтому очертания плит меняются со временем и в этом смысле. Особенно это касается малых плит, в отношении которых геологами предложено множество кинематических реконструкций, зачастую взаимно исключающих друг друга.

Более 90% поверхности Земли покрыто 14-ю крупнейшими литосферными плитами:

1. Австралийская плита

2. Антарктическая плита

3. Аравийский субконтинент

4. Африканская плита

5. Евразийская плита

6. Индостанская плита

7. Плита Кокос

8. Плита Наска

9. Тихоокеанская плита

10. Плита Скотия

11. Северо-Американская плита

12. Сомалийская плита

13. Южно-Американская плита

14. Филиппинская плита

 

Почвообразующие горные породы разрушаются в процессе выветривания до частиц различного размера:

больше 1мм – скелет почвы;

от 1 мм до 0,01 мм – песок;

от 0,01 до 0,001мм – пыль;

от 0,001 до 0,0001 – глина;

менее 0,0001 – коллоиды.

Оптимальный механический состав почво-грунта это содержание частиц 3 и 4 группы от 30 до 75%

На поверхности земной коры почвообразющие минералы горных пород разрушаются и образуется почва.

Почва (ГОСТ РФ) – это самостоятельное органо-минеральное природное тело, представленное минеральными и органическими твердыми частицами, почвенным раствором и почвенным воздухом, образовавшаяся в процессе химических, физических, биологических и антропогенных воздействий, имеющая специфические генетико-морфологические признаки и свойства, обуславливающие для роста и развития растений соответствующие условия.

Почва (почвоведчесткое) – это многофазная полидисперсная система с соотношением объемов фаз Т:Ж:Г как равно 2:1:1 или в процентах 50%:25%:25%.

Рассмотрим каждую фазу почвы:

1) Твердая фаза почвы представлена минеральными и органическими частицами. Минеральные частицы почвы представляют собой разрушенные до частиц различного размера почвообразующие горные породы (выше).

Органические частицы почвы называются гумусом. Гумус - это органические вещества и частицы в почве, состоящие из:

А) отмерших, но еще не разложившихся растительных остатков и животных останков (не утративших морфологического строения растениий растительных остатков и анатомического строения животных останков);

Б) неспецифических для почвы органических веществ специфичных для живых организмов (белки, жиры, углеводы) – их содержится 20% от общей массы гумуса;

В) специфических для почвы органических веществ, например гумусовых кислот. Гумусовые кислоты – это высокомолекулярные азотсодержащие оксикислоты с цикличными ядрами.

Гумус накапливается в верхнем слое почвы и достигает в высоту от 1 см (в арктических малоплодородных почвах) до 1 м (в области курских черноземов). В Оренбургской области гумусовый слой составляет от 40 до 60 см.

В верхнем слое почв гумуса накапливается определенное количество, в связи с которым выделяют три типа почв:

А) гумуса от 0 до 3% к общей массе почв – малоплодородные почвы;

Б) гумуса от 3 до 6% - среднеплодородные почвы;

В) гумуса от 6 и выше (в природе больше 9% не накапливается).

 

2) Жидкая фаза почвы называется почвенным раствором и состоит из:

а) воды

б) растворенных в воде катионов. Н+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, NH4+.

в) растворенные в воде анионов Cl-, SO42-, S033-, PO43-, NO3-,NO2-,CO32-, HCO3-

 

3) Газообразная фаза называется почвенным воздухом и состоит из следующих компонентов:

а) азота – содержание примерно как в атмосфере (75%);

б) кислорода – 15%;

в) углекислого газа СО₂ - содержаие в 100 раз больше чем в атмосфере – 2-3%;

г) газов – продуктов химического и биологического разложения органических веществ, например метана, сероводорода, придающих почве специфический запах – 7-8%.

 

В зависимости от воздействия различных почвообразующих факторов (почвообразующая материнская порода, влагообеспеченность, воздухообеспеченность, температура, произрастающий тип растительности, антропогенный фактор) на планете сформировались различные типы почв, которые расположены горизонтально друг относительно друга (по широтам) от полюса к экватору и распределение которых подчинено закону географической зональности Докучаева:

- арктические почвы – светло-серые;

- серые лесные почвы – хвойные леса;

- темно-серые лесные почвы – лиственные;

- черноземные почвы – степи;

- каштановые почвы (черно-коричневые или коричневые) – сухие степи;

- красноземы – тропические влажные леса;

- желтоземы – цитрусовые растения

- солончаки с хлоридным (Cl-), сульфатным (SO₄^2-) и сульфитным (SO₃^2-) засолением с произрастанием небольшого количества растительности;

- солонцы с специфическим натриевым (Na) засолением с отрицательными физико-механическими свойствами (липкостью, набуханием при впитывании влаги и глыбообразованием при засыхании) и с полным отсутствием растительности.