Методы исследований
Наиболее глубокие буровые скважины проникают в толщу Землю пока не более чем на 7-12 км. Шахты лишь в единичных случаях достигают глубин порядка 2 км. Таким образом, непосредственному изучению в самом благоприятном случае доступна лишь тонкая поверхностная оболочка земного шара толщиною не более 0,1% от радиуса Земли. Проникновение в более глубокие части земного шара пока оказывается нереальным. Поэтому было необходимо изыскать косвенные методы, с помощью которых можно было бы судить о составе и строении глубин Земли. С этой целью было предложено несколько путей: сейсмический метод, гравиметрический метод, исследования в области геодезии, астрофизики, геомагнетизма, геоэлектричества и т. д. Каждая из этих ветвей науки освещает какую-либо одну сторону вопроса. В целом получается довольно много сведений, хотя к настоящему моменту еще нет оснований говорить, что основные особенности строения и состава Земли установлены уже окончательно. Рассмотрим один из методов изучения строения Земли, именно сейсмический.
При землетрясениях или взрывах в толще Земли возникают упругие волны, которые расходятся с известной скоростью во все стороны от источника колебаний. Продольные волны Р, представляя собой волны сжатия и разрежения вещества, слагающего Землю, распространяются по породам земной коры со скоростью порядка 5-8 км/сек, поперечные волны S, при которых частицы вещества испытывают колебания в направлении, поперечном к направлению движения фронта волны, распространяются со скоростью 3-5 км/сек; поверхностные волны L оказываются наиболее медленными - 3-4 км/сек. Они возникают на поверхности, разделяющей различные по своим физическим свойствам среды - например, на поверхности Земли, т. е. на границе литосферы и атмосферы. Рассмотрим картину распространения волн одного какого-либо типа -допустим, продольных - от места взрыва через толщу Земли в условиях двуслойной коры, т. е. в том случае, если близ поверхности залегает слой I осадочных пород неизвестной мощности h, а под ним с горизонтальной поверхностью раздела, - другой, II, более плотный (рисунок 5).
Рисунок 5 – Определение мощности h слоя I сейсмическим методом
Конечно, в действительности картина сложнее. Обычно приходится различать не два слоя, а гораздо больше. Слои горизонтальны далеко не всегда, часто они измяты и наклонны. Наконец, от очага распространяются волны не только продольные, но также поперечные и поверхностные. Все это приводит к тому, что запись землетрясения или взрыва (сейсмограмма) оказывается сильно запутанной. Тем не менее в ней все же можно разобраться. При сильных землетрясениях, колебания от которых обходят весь земной шар и пронизывают его центр, с помощью сейсмического луча можно как бы прощупать всю Землю и определить расстояние до границ тех слоев или оболочек, из которых она состоит.
Другой метод, так называемый гравиметрический, заключается в изучении распределения на поверхности Земли силы тяжести. Величина ускорения силы тяжести определяется для любой точки на поверхности земного сфероида из уравнения, предложенного в 1901 г. Ф Гельмертом: g0=978,046(1+0,005302 sin2φ − 0,000007 sin22φ); где φ - географическая широта точки. Под g0 понимается теоретическая величина ускорения силы тяжести, обусловленная только силами притяжения всех масс земного шара и центробежной силой. В действительности величина g меняется от места к месту вследствие неправильностей в распределении масс в земной коре и в зависимости от геологического строения: над участками, сложенными тяжелыми породами, сила тяжести увеличивается; над участками, сложенными легкими породами, уменьшается против некоторого теоретического ее значения, зависящего от географической широты. Эти отклонения. именуются гравитационными аномалиями: они обозначаются символом g. Изучение гравитационных аномалий также позволяет судить о строении земных недр.
Сейсмический и гравитационный методы в совокупности позволяют довольно уверенно говорить о глубинном строении земной коры.
Много важных данных о строении земного шара можно извлечь из изучения земных электрических токов, или земного магнетизма, или потока тепла, поступающего из недр Земли к поверхности, из соображений, касающихся массы Земли и момента ее инерции (в связи с вращением вокруг оси), из сравнения Земли с другими небесными телами − метеоритами, Луной, другими планетами и т. д.
В целом, несмотря на очевидную трудность изучения строения глубоких недр земного шара, задача эта все же в какой-то мере разрешима уже и в наше время с помощью, главным образом, геофизики.
Движения земной коры
Земная кора только кажется неподвижной, абсолютно устойчивой. На самом же деле она совершает непрерывные и разнообразные движения. Некоторые из них происходят очень медленно и не воспринимаются органами чувств человека. Другие, например, землетрясения, носят обвальный, разрушительный характер. Какие же титанические силы приводят в движение земную кору?
Внутренние силы Земли, источник их происхождения. Известно, что на границе мантии и литосферы температура превышает 1500 °C. При этой температуре материя должна либо расплавиться, либо превратиться в газ. При переходе твердых тел в жидкое или газообразное состояние объем их должен увеличиваться.
Колебательные движения
Эти движения происходят очень медленно, незаметно для человека, поэтому их еще называют вековыми или эпейрогеническими. В одних местах земная кора поднимается, в других - опускается. При этом нередко поднятие сменяется опусканием, и наоборот. Проследить за этими движениями можно только по тем «следам», которые остаются после них на земной поверхности. Например, на побережье Средиземного моря, близ Неаполя, находятся развалины храма Сераписа, колонны которого источены морскими моллюсками на высоте до 5,5 м над уровнем современного моря. Это служит безусловным доказательством того, что храм, построенный в IV в., побывал на дне моря, а затем произошло его поднятие. Сейчас этот участок суши вновь опускается.
Нередко на побережьях морей выше их современного уровня находятся ступени - морские террасы, созданные когда-то морским прибоем. На площадках этих ступеней можно найти остатки морских организмов. Это свидетельствует о том, что площадки террас когда-то были дном моря, а затем берег поднялся и море отступило.
Опускание земной коры ниже 0 м над уровнем моря сопровождается наступлением моря - трансгрессией, а поднятие - его отступлением - регрессией. В настоящее время в Европе поднятия происходят в Исландии, Гренландии, на Скандинавском полуострове. Наблюдениями установлено, что область Ботнического залива поднимается со скоростью 2 см в год, т. е. на 2 м в столетие.
Одновременно с этим происходит опускание территории Голландии, Южной Англии, Северной Италии, Причерноморской низменности, побережья Карского моря. Признаком опускания морских побережий служит образование морских заливов в устьевых участках рек - эстуариев (губ) и лиманов.
При поднятии земной коры и отступлении моря морское дно, сложенное осадочными породами, оказывается сушей. Так образуются обширные морские (первичные) равнины: например, Западно-Сибирская, Туранская, Северо-Сибирская, Амазонская (рисунок 6).
1 - осадочные породы; 2 - магматические породы
Рисунок 5 - Строение первичных, или морских, пластовых равнин
Складкообразовательные движения
В тех случаях, когда пласты горных пород достаточно пластичны, под действием внутренних сил происходит смятие их в складки. Когда давление направлено по вертикали, породы смещаются, а если в горизонтальной плоскости - сжимаются в складки. Форма складок бывает самой разнообразной. Когда изгиб складки направлен вниз, ее называют синклиналью, вверх - антиклиналью (рисунок 6). Образуются складки на больших глубинах, т. е. при высоких температурах и большом давлении, а затем под действием внутренних сил они могут быть подняты. Так возникают складчатые горы Кавказские, Альпы, Гималаи, Анды и др. В таких горах складки легко наблюдать там, где они обнажены и выходят на поверхность.
Рисунок 6 - Синклинальная (1) и антиклинальная (2) складки
Рисунок 7 - Складчатые горы
Разрывные нарушения
Если горные породы недостаточно прочны, чтобы выдержать действие внутренних сил, в земной коре образуются трещины - разломы и происходит вертикальное смещение горных пород. Опустившиеся участки называют грабенами, а поднявшиеся - горстами (рисунок 8). Чередование горстов и грабенов создает глыбовые (возрожденные) горы. Примерами таких гор служат: Алтай, Саянские, Верхоянский хребет, Аппалачи в Северной Америке и многие другие. Возрожденные горы отличаются от складчатых как по внутреннему строению, так и по внешнему виду - морфологии. Склоны этих гор часто отвесные, долины, как и водоразделы, широкие, плоские. Пласты горных пород всегда смещены относительно друг друга.
Опустившиеся участки в этих горах, грабены, иногда заполняются водой, и тогда образуются глубокие озера: например, Байкал и Телецкое в России, Танганьика и Ньяса в Африке.
Рисунок 8 - Возрожденные складчато-глыбовые горы
Столкновения континентальных плит
Также следует упомянуть о столкновении или коллизии двух континентальных плит, которые в силу относительной легкости слагающего их материала, не могут погрузиться друг под друга, а сталкиваются, образуя горно-складчатый пояс с очень сложным внутренним строением.
Так, например, возникли Гималайские горы, когда 50 млн. лет назад Индостанская плита столкнулась с Азиатской. Так сформировался Альпийский горно-складчатый пояс при коллизии Африкано-Аравийской и Евразийской континентальных плит.
Рифтогенез. Спрединг
Образование рифтовых зон (и в океанах и на континентах) происходит благодаря расколам литосферных плит за счет приложенных к ним напряжений растяжения. Рифтогенезом называют процесс горизонтального растяжения земной коры, приводящий к возникновению в ней или её верхней части весьма протяжённых, удлинённых, морфологически чётко выраженных впадин, ограниченных (по крайней мере с одной стороны) и осложнённых глубокими продольными разломами.
Спрединг является частным случаем рифтогенеза. Поверхностным выражением такого явления являются рифтовые зоны срединно-океанических хребтов, где относительно более нагретая мантия поднимается к поверхности, подвергается плавлению и магма изливается в виде базальтовых лав в рифтовой зоне и застывает. Далее в эти застывшие породы вновь внедряется базальтовая магма и раздвигает в обе стороны более древние базальты. И так происходит много раз. При этом океаническое дно как бы наращивается, разрастается. Подобный процесс получил название спрединга (англ. спрединг - развертывание, расстилание).
Субдукция
К границам второго, или конвергентного, типа относятся зоны поддвига плит (зоны субдукции), в которых океанские литосферные плиты пододвигаются под островные дуги либо под континентальные окраины Андийского типа. Этим границам обычно соответствуют характерные формы рельефа: сопряженные структуры глубоководных желобов (глубины дна в которых иногда превышают 10 км) с цепью вулканических островных дуг или высочайших горных сооружений (высотой достигающих 7-8 км), если поддвиг происходит под континенты.
Обдукция
Кроме явления субдукции существует обдукция, т.е. надвигание океанической литосферы на континентальную, примером которой является огромный 500х100 км тектонический покров на восточной окраине Аравийского полуострова, сложенный типичной океанической корой, перекрывающей древние докембрийские толщи Аравийского щита.
Трансгрессия (наступление) моря, начавшаяся вследствие погружения суши, приводит к накоплению морских осадков на эрозионной поверхности Земли. Регрессия (отступление) отражается в смене морского осадконакопления континентальным или же просто прекращением морского осадконакопления с последующей эрозией. В стратиграфических разрезах запечатлено множество событий такого рода. Многократно море заливало целые области, затем покидало их, а спустя некоторое время снова покрывало водой. Максимальная амплитуда вертикальных тектонических движений отражена в максимальной мощности морских отложений на погружавшихся участках земной поверхности, может достигать 20 км. и более.
Заключение
Каждый этап формирования земной коры является важным для развития всей планеты. Катархейский этап (5,0 - 4,5 млрд. лет) ознаменовался формированием первичной океанической коры, архейский этап (4,5-4,0-3,5 млрд. лет) - формированием первичной континентальной коры. Во все последующие этапы шло глобальное формирование земной коры вплоть до современности.
Земную кору - верхнюю твердую оболочку Земли слагают различные генетические типы горных пород (магматические, осадочные и метаморфические), состоящие из определенного сочетания минералов, в состав которых входят различные химические элементы. Изучая такую иерархию - химические элементы → минералы → горные породы, можно судить о строении земной коры в различных структурных зонах. Земная кора больше чем на 98% сложена О, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, К, при этом свыше 80% составляют кислород, кремний и алюминий, в отличие от среднего состава Земли, где содержание их резко уменьшается.
На первых этапах геофизических исследований выделялись два основных типа земной коры: 1) континентальный и 2) океанский, резко отличающиеся друг от друга строением и мощностью слагающих пород. В последующем стали выделять два переходных типа: 1) субконтинентальный и 2) субокеанский.
Наиболее глубокие буровые скважины проникают в толщу Землю пока не более чем на 7-12 км. Шахты лишь в единичных случаях достигают глубин порядка 2 км. Таким образом, непосредственному изучению в самом благоприятном случае доступна лишь тонкая поверхностная оболочка земного шара толщиною не более 0,1% от радиуса Земли. Проникновение в более глубокие части земного шара пока оказывается нереальным. Поэтому было необходимо изыскать косвенные методы, с помощью которых можно было бы судить о составе и строении глубин Земли. С этой целью было предложено несколько путей: сейсмический метод, гравиметрический метод, исследования в области геодезии, астрофизики, геомагнетизма, геоэлектричества и т. д.
Земная кора только кажется неподвижной, абсолютно устойчивой. На самом же деле она совершает непрерывные и разнообразные движения. Некоторые из них происходят очень медленно и не воспринимаются органами чувств человека. Другие, например, землетрясения, носят обвальный, разрушительный характер.
Список использованных источников
Горшков Г.П. «Земная кора» - М: Недра, 1974 г.
Короновский Н.В. «Общая геология» - М: Москва, 2006 г.
Рапацкая Л.А. «Общая геология – М: Недра, 2012 г.
Интернет ресурс – Внутреннее строение Земли и рельеф Земли: http://www.plam.ru/ekolog/estestvoznanie_i_osnovy_yekologii/p5.php
Интернет ресурс – геофизические методы исследования: http://zond-geo.com/Articles/magnetic.pdf
Интернет ресурс – геофизические методы исследования: https://www.geokniga.org/sites/geokniga/files/inbox/1209/chapter2.pdf#:
:text=Гравиметрическая%20или%20гравитационная%20разведка%20(сокращенно,метода%20является%20ускорение%20свободного%20падения
Интернет ресурс – Методы изучения внутреннего строения Земли: https://lektsii.org/11-74025.html
Интернет ресурс – Состав земной коры. Минералы и горные породы: https://studme.org/231108/geografiya/sostav_zemnoy_kory_mineraly_gornye_porody
|
Скачать 277.58 Kb.