Министерство образования и науки Республики Казахстан
Восточно-Казахстанский государственный технический университет
имени Д. Серикбаева
Предмет: Геотектоника и металлогения
Тема: Составление и описание разреза внутреннего строения Земли. Составление разрезов океанической и континентальной земной коры.
Неделя №4
Выполнил: Дорошенко А. В.
Группа: 21-ГРТ-3-2
ID: 105870
г. Усть-Каменогорск
2023г
Тема 2 Составление и описание разреза внутреннего строения Земли. Составление разрезов океанической и континентальной земной коры.
Цель работы:
1 Произвести составление разреза внутреннего строения Земли. Дать характеристику слоев ЗК, верхней, средней и нижней мантии, внешнего и внутреннего ядра.
2 Разобраться с понятиями литосфера, астеносфера и тектоносфера, изостазия.
3 Составить разрезы океанической и континентальной ЗК. Выделить характерные слои для океанической коры (базальтовый слой и осадочный) и континентальной коры (осадочный, гранитный, диоритовый и базальтовый). Дать описание каждого слоя с указанием состава и мощности. Определить мощности ЗК в океанах, на платформах и в горных областях.
Земная кора наиболее неоднородна. По глубине в ней выделяется 3 слоя (сверху вниз): осадочный, гранитный и базальтовый.
Рисунок 1 Строение Земной коры (Слева -океаническая, справа в зоне наличия гранитного слоя- материковая)
Осадочный слой образован мягкими, а иногда и рыхлыми горными породами, возникшими путём осаждения вещества в водной или воздушной среде на поверхности Земли. Осадочные породы обычно расположены в виде пластов, ограниченных параллельными плоскостями. Мощность слоя колеблется от нескольких метров до 10-15 км. Есть участки, где осадочный слой практически полностью отсутствует.
Гранитный слой сложен в основном магматическими и метаморфическими породами, богатыми Al и Si. Среднее содержание SiO2 в них более 60%, поэтому их относят к кислым породам. Плотность пород слоя 2,65-2,80 г/см3. Мощность 20-40 км. В составе океанической коры (например, на дне Тихого океана) гранитный слой отсутствует, являясь, таким образом, неотъемлемой частью именно континентальной земной коры.
Базальтовый слой лежит в основании земной коры и является сплошным, то есть, в отличие от гранитного слоя, присутствует в составе и континентальной, и океанической коры. Отделяется от гранитного поверхностью Конрада (К), на которой скорость сейсмических волн изменяется с 6 до 6,5 км/сек. Вещество, слагающее базальтовый слой, по химическому составу и физическим свойствам близко к базальтам (менее богатым SiO2, чем граниты). Плотность вещества достигает 3,32 г/см3. Скорость прохождения продольных сейсмических волн увеличивается от 6,5 до 7 км/сек у нижней границы, где снова происходит скачок скорости и она достигает 8-8,2 км/сек. Эта нижняя граница земной коры прослеживается повсюду и называется границей Мохоровичича (югославский ученый) или границей М.
Мантия располагается под земной корой в интервале глубин от 8-80 до 2900 км. Температура в верхних слоях (до 100 км) - 1000-1300оС, с глубиной повышается и у нижней границы достигает 2300оС. Однако вещество находится там в твердом состоянии вследствие давления, которое на больших глубинах составляет сотни тысяч и миллионы атмосфер. На границе с ядром (2900 км) наблюдается преломление и частичное отражение продольных сейсмических волн, а поперечные волны эту границу не проходят ("сейсмическая тень" составляет от 103о до 143о дуги). Скорость распространения волн в нижней части мантии - 13,6 км/сек.
Рисунок 2Строение мантии, сейсмическая модель Земли
Сравнительно недавно стало известно, что в верхней части мантии располагается слой разуплотнённых пород - астеносфера, лежащий на глубине 70-150 км (под океанами глубже), в котором фиксируется падение скоростей упругих волн приблизительно на 3 %.
Ядро по физическим свойствам резко отличается от облекающей его мантии. Скорость прохождения продольных сейсмических волн составляет 8,2-11,3 км/сек. Дело в том, что на границе мантии и ядра происходит резкое падение скорости продольных волн от 13,6 до 8,1 км/сек.
Ученые давно пришли к выводу, что плотность ядра значительно выше плотности поверхностных оболочек. Она должна отвечать плотности железа, находящегося в соответствующих барометрических условиях. Поэтому широко распространено представление о том, что ядро состоит из Fe и Ni и обладает магнитными свойствами.
Рисунок 3 Состав внешнего и внутреннего ядра Земли
Присутствие в ядре этих металлов связывается с первичной дифференциацией вещества по удельному весу. В пользу железо-никелевого ядра говорят и метеориты. Ядро разделяется на внешнее и внутреннее. Во внешней части ядра давление составляет 1,5 млн. атм.; плотность 12 г/см3. Продольные сейсмические волны распространяются здесь со скоростью 8,2-10,4 км/сек. Внутреннее ядро находится в жидком состоянии, и конвективные потоки в нём индуцируют магнитное поле Земли. Во внутреннем ядре давление достигает 3,5 млн. атм., плотность 17,3-17,9 г/см3, скорость продольных волн 11,2-11,3 км/сек. Расчёты показывают, что температура должна достигать там нескольких тысяч градусов (до 4000о). Вещество там находится в твердом состоянии благодаря высокому давлению.
Термины:
Литосфера — [σφαιρα (ρфера) — шар] — верхняя твердая оболочка Земли, имеющая большую прочность и переходящая без определенной резкой границы в нижележащую астеносферу, прочность вещества которой относительно мала. Литосфера в современном понимании включает земную кору, т. е. верхнюю сиалическую оболочку Земли, и отделенную от нее границей Мохоровичича жесткую верхнюю часть верхней мантии Земли, имеющую, судя по изучению ксенолитов, оливин-пироксеновый состав. Сверху литосфера ограничена атмосферой и гидросферой, которые частично в нее проникают. Мощность литосферы неопределенна и колеблется, вероятно, от 50 до 200 км, в том числе мощность верхней её части — земной коры — достигает 30—60 км под континентами и 5—10 км под океанами; нижележащая часть литосферы сложена ультраосновными породами.
Астеносфера [άσθενος (астэнос) — слабый] — предполагаемый слой мантии, подстилающий литосферу, способный к вязкому или пластическому течению под действием относительно малых напряжении, позволяющий путем медленных движений постепенно создавать условия гидростатического равновесия. Термин введен Барреллом (Barrell) в 1914 г. после открытия явлений изостазии. Понятие астеносфера аналогично понятию “жидкий подкоровый слой”, предложенному Дэна (1873) и др. для объяснения орогенических и др. движений земной коры, хотя астеносфере приписывают более высокую вязкость. Концепция астеносферы укрепилась данными о наличии волновода, и теоретическими расчетами, устанавливающими в верхней мантии наличие минимума для величин вязкости (1019—1021 пуаз) и сопротивления пластическому течению (Магницкий, Артюшков, 1968). Средняя глубина астеносферы оценивается 100—200 км, под срединно-океанскими хребтами 30—50 км. Предполагается (Гутенберг, 1963), что астеносфера “является главным местоположением процессов, вызывающих горизонтальные и вертикальные движения протяженных участков земной коры”.
Тектоносфера — внешняя оболочка Земли, охватывающая земную кору и верхнюю мантию, в которой происходят тект. и магм. процессы, обусловливающие вертикальную и горизонтальную неоднородность состава и (или) физ. свойств их вещества.
Изостазия [στασις (ρтасис) — равновесие] — состояние равновесия масс земной коры и мантии. Термин И. предложил и использовал в более узком смысле Деттон (Datton, 1892), определяя им тенденцию земной коры к достижению гидростатического равновесия. Предположение о том, что большие массы г. п. находятся в уравновешенном состоянии появилось в 18 в. при измерении уклонений отвеса вблизи высоких гор. Совр. данные свидетельствуют, что большая часть масс, слагающих крупные блоки коры и мантии, на континентах и в океанах размещена в соответствии с условиями И. Исключение составляют обл., занимающие небольшую часть суммарной поверхности планеты, принадлежащие к системам подвижных поясов. Определяющий показатель уравновешенности — данные гравиметрии: среднее по большим площадям и по Земле в целом значение аномалий Фая близко к нулю, то же самое справедливо в отношении аномалий в изостатической редукции, тогда как наиболее крупные по интенсивности и занимаемой площади аномалии Буге распределены очень сходно с высотами и глубинами. Наличие И. подтверждают также материалы глубинных сейсмических зондирований, согласно которым рельеф планетарной границы поверхности М. представляет собой увеличенное по вертикали зеркальное отображение наиболее общих форм рельефа земной поверхности. Наконец, исследование поверхности геоида по наблюдениям за траекториями искусственных спутников показало, что расхождения между геоидом и эллипсоидом вращения большей частью укладываются в пределы ± 50 м. Поперечный размер площади, для которой можно ожидать соблюдения И., составляет несколько сотен км. При меньших размерах равновесие не обязательно полное. Предполагается, что геол. процессы в верхней части земной коры так согласованы с процессами в более глубоких зонах, включая мантию, что перемещения вещества в разных формах (тект. движения, магматизм, метасоматоз и др.) проходят на фоне постоянства средней плотности в интервале глубин порядка 100—150 км или менее точного постоянства в интервале 60—80 км. В том случае если бы снос материала из обл. эрозии и накопление продуктов разрушения в осад, басе, не сопровождался компенсирующим перемещением вещества на глубине, были бы обнаружены нереально громадные по амплитуде аномалии силы тяжести. Большую роль в компенсационных процессах играет пластический слой в верхней мантии.
Состав континентальной и океанической литосферы
Во-первых, мы должны отличать океаническую литосферу от континентальной литосферы. Эта дифференциация в основном связана с тем, что континентальные и океанические коры имеют очень разный минералогический состав.
Континентальная кора, представляющая верхнюю часть континентальной литосферы, в основном состоит из кислых магматических пород, таких как граниты. Океаническая кора, представляющая верхнюю часть океанической литосферы, в основном состоит из так называемых основных магматических пород, таких как базальты и габбро.
Однако разделение континентальной и океанической литосфер можно рассматривать и с точки зрения состава верхней мантии. Субконтинентальная литосферная мантия обеднена некоторыми химическими элементами по сравнению с океанической литосферной мантией, состав которой близок к составу ранней мантии.
Температура и толщина литосферы
В отличие от границы Мохо, которая представляет собой границу между корой и мантией и характеризуется существенным различием в минералогическом составе, основание литосферы определяется изотермой с температурой 1300°C. Граница между литосферой и астеносферой (подстилающей мантией) представляет собой не изменение состава, а изменение реологического поведения мантии, происходящее при этой температуре. Считается, что средняя толщина континентальной литосферы составляет около 100 километров, а толщина океанической литосферы - около 70 километров.
Однако эта толщина может значительно варьироваться в разных точках земного шара в зависимости от температуры мантии: в регионах с "холодной" мантией, таких как старые континентальные коры (кратоны), литосфера будет толще, достигая 200 километров, в то время как в районах с "горячей" мантией литосфера может быть чрезвычайно тонкой. На океанических хребтах, например, там, где формируется океанская литосфера, толщина литосферы составляет всего около десяти километров! В науках о Земле температура обычно тесно связана с возрастом, поэтому океаническая литосфера постепенно утолщается по мере охлаждения, перемещаясь от хребта (где он создается) в зоны субдукции или на окраинах континентов. По мере охлаждения и уплотнения океаническая литосфера становится более плотной и имеет тенденцию постепенно опускаться. Таким образом, океанический фундамент глубже в самых старых областях и мельче на уровне хребтов.
Рисунок 4Строение континентальных и океанических плит
Тектоника и литосферные плиты
Если в коллективном бессознательном, тектоника плит обычно суммируется как континенты, плывущие как лодки на мантии, оживленные течениями, то реальность более тонкая. Фактически, вся кора + литосферная мантия движется над астеносферной мантией благодаря реологическим законам, которые управляют механическим поведением горных пород. Эти реологические законы тесно связаны с давлением и температурой. В теории тектоники плит речь идет о жестких литосферных плитах, перемещающихся над астеносферой. Эти движения возможны из-за различия в реологическом поведении между литосферой и астеносферой. В то время как литосфера достаточно жесткая в больших масштабах, астеносфера имеет более вязкое поведение, что позволяет развивать большие конвекционные ячейки. |
Скачать 1.69 Mb.