лекция 5.. Литосфера, ее история формирования, состав, строение и свойства

Название	Литосфера, ее история формирования, состав, строение и свойства
Дата	19.04.2022
Размер	59.5 Kb.
Формат файла
Имя файла	лекция 5..doc
Тип	Лекция #485105

ЛЕКЦИЯ 2.

ТЕМА: «Литосфера, ее история формирования, состав, строение и свойства».
Цель: сформировать целостное представление о литосфере; сформировать представление об истории формирования Земли.
План:

Понятие литосферы.
История формирования Земли.
Внутреннее строение Земли.
Теплота Земли.
Гравитационное поле.
Земной магнетизм.
Состав земной коры.

Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли. Ее характерной особенностью является то, что она находится под воздействием как внутренних (эндогенных) сил нашей планеты, - так и внешних сфер: атмосферы, гидросферы и биосферы на протяжении длительного геологического летоисчисления.

Вся история формирования и развития Земли состоит из двух этапов: космогонического (догеологического) и геологического. Возраст Земли около 5 млрд. лет. Так как накопление массы Земли продолжалось не более 0,5 млрд. лет, возраст земной поверхности должен быть приблизительно около 4,5 млрд. лет. Однако, самые древние породы земной коры не старше 3,5 млрд. лет. Следовательно, космогонический (или догеологический) возраст Земли продолжается около 1 млрд. лет.

Земля, образовавшаяся из холодных планетезималей, была безжизненной. После того как масса планеты достигла приблизительно современного значения, началось ее саморазогревание. Источников тепла было два – гравитационное сжатие и радиоактивный распад. В результате температура внутри Земли стала повышаться, и началось плавление металлов. Так как в центре вещество было сильно сжато, а с поверхности охлаждалось излучением, то плавление происходило главным образом на небольших глубинах. Образовался расплавленный слой, из которого силикатные материалы, как более легкие, поднимались вверх, давая начало земной коре. На уровне плавления оставались металлы. Так как их плотность выше, чем недифференцированного глубинного вещества, они постепенно опускались. Это привело к формированию металлического ядра. Так объясняет возникновение мантии и ядра гипотеза неоднородности химического состава геосфер. В начале на поверхности Земли сформировалась тонкая базальтовая кора, которую называют лунной. Температура на поверхности базальтовой коры была выше 100°С. Ее рельеф создавался вулканическими процессами (вулканические поднятия до 60 км в поперечнике, воронки взрыва, лавовые потоки). Платформ и горных систем еще не было.

Геологическая история Земли началась после того, как поверхность Земли охладилась до температуры ниже 100°С и вода перешла в жидкую фазу. С образованием океанов возник влагооборот, на материках появились текучие воды, и стал развиваться один из важнейших рельефообразующих процессов – денудация. Вода усилила выветривание, прибавив к физическому и химическое. Снос продуктов разрушения стал интенсивнее, перенос их текучими водами стал осуществляться на большие расстояния. Взаимодействие атмосферы, гидросферы и литосферы приняло такой характер, при котором развитие коры материков перешло в геосинклинальную стадию.

Геосинклинали – подвижные линейно вытянутые области земной коры, характеризующиеся разнонаправленными тектоническими движениями высокой интенсивности, энергичными явлениями магнетизма, включая вулканизм, частыми и сильными землетрясениями.

Горы, возникшие в геосинклиналях, разрушались, давая материал для новых геосинклиналей. Корни складок этого материала образовали платформы – гранитные ядра материков. Каждая газообразовательная эпоха вызывала существенные изменения всей природы земной поверхности, в том числе и органического мира. В соответствии с этими изменениями геологическая история Земли, насчитывающая 3,5 млрд. лет, распределяется на пять неравных по времени эр: 1) архейская – эра начала жизни, длилась 900 млн. лет, закончилась 2600 млн. лет до нашего времени; 2) протерозойская – эра ранней жизни, охватывает огромное время – свыше 2 млрд. лет, от 2600 млн. до 570 млн. лет назад; 3) палеозойская – эра древней жизни, продолжалась 257 млн. лет, от 570 до 213 млн. лет назад; 4) мезозойская – эра средней жизни, охватывает от 213 до 65 млн. лет до нашего времени, т. е. 148 млн. лет; 5) кайнозойская – эра новой жизни, началась 65 млн. лет тому назад и продолжается сейчас.

Эры подразделяются на периоды. Последние 1,7 млн. лет длится четвертичный период, который называется еще и антропогенным, т. к. в этом периоде появился человек разумный (Homo sapiens), оказывающий большое влияние на природу. Для четвертичного периода были характерны великие оледенения (в Волгоградской области днепровский ледник дошел до района г. Серафимовича), а в Нижнем Поволжье наступления Каспия на сушу (трансгрессия – наступление моря на сушу, регрессия – наступление суши на море).

О внутреннем строении Земли позволяют судить наблюдения над сейсмическими волнами (продольными, поперечными) – колебательными движениями вещества, вызванными землетрясениями или искусственными взрывами. На основе геофизических данных Земля подразделяется на земную кору, мантию и ядро.

Земная кора представляет собой верхний слой Земли, отделенный от верхней мантии поверхностью Мохоровичича (Мохо). Кора богата кремнием, соединениями алюминия, с преобладанием алюмосиликатов. Континентальная кора состоит из 3-х слоев: осадочного, гранитного, базальтового. В океанической коре выделяют 2 слоя: осадочный и базальтовый.

Мантия подразделяется на верхнюю (до глубины 400 км), среднюю (до глубины 1000 км) и нижнюю. Состоит мантия из окиси кремния, окислов магния и железа. Вещество мантии сильно сжато, на границе с ядром давление увеличивается до 1 млн. 300 тыс. атм. Температура мантии на глубине 100 км - 500°, на глубине 500 км - 2000°, на границе с ядром – 2800°С. Вещество самого верхнего слоя мантии – астеносферы, находится в размягченном, близком к расплавленному состоянии, достаточно небольшого снижения давления и вещество астеносферы расплавляется и переходит в магму, которая устремляется вверх.

Ядро состоит из внешнего и внутреннего. Внешнее ядро залегает на глубинах 2900-4980 км. Его масса составляет 29,8 % массы всей Земли. Вещество ядра находится в расплавленном состоянии. Переходный слой ядра имеет мощность 140 км. Внутреннее ядро имеет радиус 1250 км массу, составляющую 1,2 % массы Земли. Температура ядра достигает 4000 °С, давление составляет 3,5 млн. атм. При таком большом давлении электронные оболочки атомов нарушаются и ядра оказываются растворенными в общей массе электронов. По одним научным данным внутреннее земное ядро находится в сверхтвердом состоянии, по другим – в близком к плавлению. Химический состав ядра изучен мало. По одним данным ядро состоит из железно-никелевого сплава или соединений железа с кислородом. Другая точка зрения – состав ядра силикатный и близок к составу мантии. Данные ударного сжатия убедительно показывают, что в ядре Земли должно содержаться не менее 80-90 % железа.

Теплота Земли. Изучение внутреннего строения Земли позволило сделать вывод о тепловом источнике планеты. Теплота Земли связана как с поступающей солнечной радиацией, так и с внутренним источником. Годовые колебания температуры, связанные с солнечной радиацией сказываются на глубине 25-30 м, ниже уровня 30 м наблюдается постоянная температура. Излучаемая Землей энергия в несколько тысяч раз меньше солнечной. Главным источником внутренней теплоты Земли следует считать энергию распада радиоактивных элементов. К другим источникам внутренней теплоты планеты следует отнести энергию, высвобождающуюся при химических реакциях и энергию гравитационного поля. На определенных глубинах повсеместно в земной коре температура повышается. Изменения температуры с глубиной на единицу длинны называется геотермическим градиентом. Другим показателем, служащим для оценки внутреннего тепла Земли, является геотермическая ступень –это расстояние, на которое нужно углубиться, чтобы температура повысилась на 1°С. Среднее значение геометрического градиента составляет 0,03°С/м, средняя величина геотермической ступени равна 30-40 м. Однако приведенные средние цифры достаточно условны и меняются в больших пределах. Повышение температуры с глубиной указывает на непрерывный поток тепла из недр к поверхности Земли.

Тепловой поток для материков равен 6,9*10‾² вт/м², для океанов 6,2*10‾² вт/м‾².

Гравитационное поле Земли. Сила тяжести действует повсеместно на Земле и направлена по отвесу. Сила тяжести зависит от распределения масс и скорости вращения Земли.

Ускорение свободного падения, характеризующее гравитационное поле, меняется от полюсов (9,83 м/с²) к экватору (9,78 м/с²), равномерно уменьшаясь на 0,055 м/с², (на 0,6 % среднего ускорения свободного падения на уровне моря, равного 9,81 м/с²). При удалении от земной поверхности сила притяжения убывает и на высоте 40 тыс. км становится равной нулю. Наука, изучающая земное поле силы тяжести, называется гравиметрией. Сила тяжести обусловлена общей массой Земли. Поэтому все колебания в распределении масс отражаются на величине силы тяжести. Значительные изменения вызваны полярным сжатием Земли и центробежной силой, развивающейся при вращении планеты. Сказывается также воздействие притяжения Луны и Солнце. Верхние слои литосферы сложены породами, различающимися по своей плотности. В связи с этим распределение силы тяжести отклоняется от теоретического. Так, средняя плотность гранитного слоя земной коры принимается равной 2,7 г/см³, базальтового слоя 2,9 г/см³.

Гравитационное поле Земли неоднородно. Для него характерны аномалии, которые определяют как разность между наблюдаемой силой тяжести и ее теоретическим значением. Различают региональные и местные аномалии. Региональные аномалии распространяются на сотни тысяч км². Они связаны с наиболее крупными формами рельефа земной поверхности. Эта связь имеет обратный характер: над высокогорными областями аномалии отрицательные. Над глубоководными океаническими впадинами - положительные. Местные аномалии связаны с особенностями строения самых верхних слоев земной коры. Они широко используются в практике геологов при поиске нефти, газа и других полезных ископаемых. Воздействие гравитационного поля на развитие планеты огромно. Сила тяжести определяет фигуру Земли, вызывает движение земной коры. Под ее воздействием происходит перемещение рыхлых горных пород на поверхности, масс воды, льда, воздуха. Гравитационное поле Земли является причиной круговорота веществ в литосфере, атмосфере и гидросфере.

Земной магнетизм. Земля обладает магнитным полем. Гипотезы объясняющие его образования разнообразны. Широким признанием пользуется теория Эльзассра-Френкеля, согласно которой жидкое ядро вращающейся Земли действует как «самовозбуждающаяся динамомашина». По данным космических измерений магнитное поле Земли простирается за пределы планеты до 10-14 земных радиусов, где регулярное поле сменяется хаотическим. Границу называют магнитопаузой. Область околоземного пространства, в которой находятся заряженные частицы, захваченные магнитным полем Земли, называют магнитосферой. Земной магнетизм проявляется наглядно в действии на магнитную стрелку магнитными силовыми линиями, находящимися на поверхности Земли. Они называются магнитными меридианами, сходящихся в 2-х пунктах – магнитных полюсах. Магнитные полюса не совпадают с географическими и меняют свое местоположение. В настоящее время магнитный полюс северного полушария расположен на 72°с.ш. и 96° з.д. (Канадский архипелаг), в южном полушарии - 70° ю.ш. и 150° в.д. (в Антарктиде).

Линия, на которой угол наклона магнитной стрелки к плоскости горизонта равен нулю, называется магнитным экватором.

Магнитное поле характеризуется напряженностью, которая увеличивается от магнитного экватора (31,8 А/м) к магнитным полюсам (55,7 А/м). В распределении элементов земного магнетизма наблюдаются отклонения от их средних значений. Их называют магнитными аномалиями. С учетом размера они бывают региональными и местными. Изучение магнитных аномалий имеет большое практическое значение. Магнитная съемка широко применяется для поиска и разведки магнитных руд, бокситов, полиметаллических сульфидных руд, содержащих ферромагнитные минералы.

Особенно сильное возмущение магнитного поля называют магнитными бурями. Они вызваны действием солнечного ветра в период вспышек на Солнце. Скорость частиц-корпускул в это время достигает 1500 км/с. бури вызывают резкие отклонения магнитной стрелки, нарушают работу теле- и радиостанций, ухудшается самочувствие животных и человека. Когда эти электрически заряженные частицы прорываются в полярных областях через магнитное поле, то образуются полярные сияния. В целом магнитосфера выполняет защитную роль, предохраняя географическую оболочку от прямого воздействия солнечного ветра, проникновения в нижние слои атмосферы электронов и протонов высоких энергий из космоса.

Состав земной коры кислород составляет почти половину земной коры, на долю кремния приходится более четверти общего состава. Алюминий, железо, щелочные и щелочноземельные элементы дают 22,53 %, а на все остальные элементы таблицы Менделеева приходится примерно 0,97 % массы земной коры.

Большинство элементов образуют в земной коре химические соединения, которые носят название минералов. Известно около 2 тыс. минералов, а число их разновидностей доходит до 4 тыс. Минералы могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии. Основными физическими свойствами твердых минералов являются: форма, цвет в куске и порошке, блеск, твердость, спайность, излом, прозрачность, удельный вес.

Горные породы состоят из агрегатов нескольких минералов, реже из скопления большого числа зерен одного минерала. Породы, состоящие из одного минерала, называются мономинеральными (кварцит – из кварца), из нескольких минералов – полиминералами (гранит – из кварца, полевого шпата, слюды). По условиям образования горные породы делятся на три класса: 1) магматические, образующиеся при застывании магмы; 2) осадочные, образующиеся на поверхности Земли в результате разрушения пород, жизнедеятельности организмов и отложения их остатков; 3) метаморфические, образующиеся из магматических и осадочных пород при взаимодействии высоких температур и давления.

Минералы и горные породы, используемые человеком в практической деятельности, называются полезными ископаемыми. По использованию полезные ископаемые различают: 1) Рудные (руды черных и цветных металлов); 2) Горючие (нефть, газ, уголь, торф); 3) Не рудные (стройматериалы, химическое сырье, драгоценные камни, минеральные воды).

Литература

Никонова, М.А.
Землеведение и краеведение : Учеб. пособие для студентов пед. вузов / Никонова Мария Александровна, Данилов Петр Анатольевич. - М. : Акад., 2000.
Любушкина, С.Г.
Естествознание. Землеведение и краеведение : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. 031200 - Педагогика и методика нач. образования / Любушкина Светлана Георгиевна, Пашканг Константин Васильевич. - М. : Владос, 2002. - 455,[1] с. : рис. - (Учеб. пособие для вузов). - Библиогр.: с.455.
Никонова, М.А.
Землеведение и краеведение : учеб. пособие для студентов вузов, обучающихся по спец. 031200 "Педагогика и методика нач. образования" / Никонова Мария Александровна, Данилов Петр Анатольевич. - 3-е изд., испр. и доп. - М. : Академия, 2005.