Билет 11. Строение земной коры и методы ее изучения

Геологам хорошо известно внутреннее строение Земли, т.к. им на помощь пришел метод, который, как в медицине рентген, позволяет заглянуть в недоступные места планеты. Это — сейсмические волны (“сейсма” — сотрясение, греч.), возникающие в Земле от землетрясений, ядерных и крупных промышленных взрывов, которые пронизывают всю Землю, преломляясь и отражаясь на разных границах смены состояния вещества.

Волна — это распространение некоторой деформации в упругой среде, т.е. изменение объема или формы вещества. При деформации в веществе возникает напряжение, которое стремится вернуть его к первоначальной форме или объему. Известно, что величина напряжения (ε) на величину деформации (τ) называется модулем упругости μ. (μ = τ ε).

Выделяют два типа сейсмических волн: объемные и поверхностные.


Объемные волны бывают продольными и поперечными.

1) Продольные волны — это волны сжатия, распространяющиеся в направлении движения волны. Они обозначаются латинской буквой “Р” (primary — первичный, англ.), т.к. у них скорость распространения выше других волн и они первыми приходят на сейсмоприемники.

Скорость продольных волн: Vр = κ μ ρ, где К- объемный модуль упругости или модуль всестороннего сжатия и μ — модуль сдвига, определяемый величиной напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела.

2) Поперечная волна, обозначаемая буквой S (secondary — вторичный, англ.), это волна сдвига, при которой и деформации в веществе происходят поперек направления движения волны.

Скорость поперечных волн: Vs = μ ρ.

Волна S изменяет только форму тела и она, как менее скоростная, приходит на сейсмоприемник позднее волны Р, поэтому и называется “вторичной”. Таким образом, Vp всегда больше Vs.

Также существуют поверхностные волны: в них различают волны Лява и Рэлея.

1) Лява — колебания осуществляются только в горизонтальной плоскости поперек направления движения волны.

2) Волны Рэлея подобны волнам на воде, в них частицы вещества совершают круговые движения.

Проходя через слои пород разного состава и плотности волны изменяют свою скорость, а регистрируя эти изменения внутри земного шара, можно выделить главные границы.

Внутри Земли устанавливается 3 глобальные сейсмические границы:

— разделяющие земную кору и мантию (граница Мохо — зона четкого скачка скоростей волн Р и S),

— мантию и внешнее ядро (граница Гутенберга находится на глубине 2900 км, отделяет мантию Земли от ядра)

— внешнее и внутреннее ядро.

Ниже поверхности Мохо скорости сейсмических волн увеличиваются, но на некотором уровне, различном по глубине под океанами и континентами, вновь уменьшается. Это Астеносфера — особенности этого слоя объясняются возможным его плавлением в пределах 1-2%, что обеспечивает понижение вязкости и увеличение электропроводности. Плавление проявляется в виде очень тонкой пленки, обволакивающей кристаллы при Т порядка +1200 ° С.

В современных геотектонических представлениях астеносферному слою отводится роль своеобразной смазки, по которой могут перемещаться вышележащие слои мантии и коры.

Земная кора и часть верхней мантии над астеносферой носит название литосфера (“литос” — камень, греч.). Литосфера холодная, поэтому она жесткая и может выдержать большие нагрузки.

 

Океаническая кора обладает 3-х слойным строением (сверху вниз) :

· 1-й слой представлен осадочными породами, в глубоководных котловинах не превышающей в мощности 1 км и до 15 км вблизи континентов.

Породы представлены карбонатными, глинистыми и кремнистыми породами.

Важно подчеркнуть, что нигде в океанах возраст осадков не превышает 170-180 млн. лет.

· 2-й слой сложен, в основном, базальтовыми пиллоу (подушечными) лавами, с тонкими прослоями осадочных пород. В нижней части этого слоя располагается своеобразный комплекс параллельных даек базальтового состава, служившим подводящими каналами для подушечных лав.

· 3-й слой представлен кристаллическими магматическими породами, главным образом, основного состава – габбро и реже ультраосновного, располагающимся в нижней части слоя, глубже которого располагается поверхность М и верхняя мантия.

Очень важно подчеркнуть, что кора океанического типа развита не только в океанах и глубоководных впадинах внутренних морей, но встречается также и в складчатых поясах на суше в виде фрагментов пород офиолитовой ассоциации.

Континентальная земная кора также имеет 3-х членное строение, но структура ее иная (сверху вниз):

· 1-й осадочно-вулканогенный слой обладает мощностью от 0 на щитах платформ до 25 км в глубоких впадинах.

· 2-й слой образован различными метаморфическими породами: кристаллическими сланцами и гнейсами, а также гранитными интрузиями. Мощность слоя изменятся от 15 до 30 км в различных структурах.

· 3-й слой, образующий нижнюю кору, сложен сильно метаморфизованными

породами, в составе которых преобладают основные породы. Поэтому он называется гранулито-базитовым.