Земля и её внутреннее строение. Виды горных пород.

Лекция. Земля и ее внутреннее строение. Из чего состоит земная кора? Магматические горные породы. Осадочные горные породы. Метаморфические горные породы.

Автор: Петрова Ольга Викторовна, преподаватель ГБПОУ ВО «Суздальский индустриально-гуманитарный колледж».

1.      Земля и ее внутреннее строение.

Земля имеет приближенную форму шара (экваториальный диаметр — 12 754 км, а полярный — около 12 711 км^[1]) и состоит из нескольких оболочек, выделенных по химическим или реологическим свойствам. В центре расположено внутреннее ядро с радиусом около 1250 км, которое в основном состоит из железа и никеля. Далее идёт внешнее ядро (состоящее в основном из железа) с толщиной около 2200 км. Над ним лежат 2900 км вязкой мантии, состоящей из силикатов и оксидов, а ещё выше — довольно тонкая твёрдая кора. Она тоже состоит из силикатов и оксидов, но обогащена элементами, которые не встречаются в мантийных породах. Представления о внутреннем строении Земли основываются на топографических, батиметрических и гравиметрических данных, наблюдениях горных пород в обнажениях, образцах, поднятых на поверхность с больших глубин в результате вулканической активности, анализе сейсмических волн, которые проходят сквозь Землю, и экспериментах с кристаллическими твёрдыми телами при давлениях и температурах, характерных для глубоких недр Земли.

2.      Из чего состоит земная кора?

Земна я кора  — внешняя твёрдая оболочка (кора) Земли, верхняя часть литосферы. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Земная кора схожа по структуре с корой большинства планет земной группы, за исключением Меркурия. Кроме того, кора схожего типа есть на Луне и многих спутниках планет-гигантов. При этом Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической. Для земной коры характерны постоянные движения: горизонтальные и колебательные.

Большей частью кора состоит из базальтов. Масса земной коры оценивается в 2,81019 тонн (из них 21 % — океаническая кора и 79 % — континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли. Средняя плотность континентальной коры составляет 2,835 г/см3, при этом её плотность увеличивается с глубиной — от 2,66 г/см3 у поверхности до 3,1 г/см3 у основания[2].

Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами — она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн.

Океаническая кора

Океаническая кора состоит главным образом из базальтов.  Имеет двухслойное строение (осадочный и базальтовый слои). 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—10 километров (9—12 километров вместе с водой).

Континентальная кора

Континентальная (материковая) кора имеет трёхслойное строение (осадочный, гранитный и базальтовый слои). Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающих 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.

3. Магматические горные породы.

Магматические горные породы (магматиты) — конечные продукты магматической деятельности, возникшие в результате затвердевания природного расплава (магмы, лавы).

Переход расплава в твёрдое состояние сопровождается кристаллизацией вещества. Магматические породы играют важную роль в строении земной коры, образуя геологические тела различных форм и размеров, составов и структур.

Магматиты представляют один из важнейших типов горных пород наряду с осадочными, метаморфическими, а также гидротермально-метасоматическими образованиями. Встречаются в широком диапазоне геологических условий: щиты, платформы, орогены, океаническая кора и др. Магматические и метаморфические породы по объёму составляют 90-95 % верхней (16 км) земной коры. Магматические породы образуют около 15 % современной поверхности Земли.

Основы систематики

Гранит — плутоническая горная порода с однородной (афировой) текстурой и полнокристаллической структурой

Базальт оливиновый — вулканическая горная порода с порфировой текстурой и неполнокристаллической структурой базиса

Классификация магматических горных пород

По относительной глубине застывания расплава выделяют 3 класса магматических пород:

плутонические — застывшие на глубине (плутониты); гипабиссальные — застывшие на небольших глубинах[4]; вулканические — застывшие на поверхности (вулканиты) или вблизи неё (субвулканиты)[5].

Плутонический класс объединяет породы, формировавшиеся в условиях мезоабиссальной и абиссальной фаций. При этом границы фаций глубинности определены не однозначно.

Так, для абиссальных обстановок может указываться от 6-8 км[6] до 3-5 — 10-15 км[7]. Основным признаком глубинности ввиду простоты диагностики является степень раскристаллизации вещества: полная, скрытая, неполная. Плутониты отличаются полнокристаллической структурой, гипабиссальные породы — скрытокристаллической, реже неполнокристаллической.

Вулканические породы обладают неполнокристаллической, либо стекловатой структурой. Реже встречаются скрытокристаллические разности. Для вулканитов, субвулканитов и гипабиссальных образований характерны порфировые текстуры, образованные крупными вростками кристаллов (порфиров) в однородной массе породы.

Формы залегания магматических горных пород

Формы залегания плутонических и гипабиссальных тел

Внедрение магмы в толщу горных пород приводит к образованию интрузивных тел. В зависимости от их отношения с вмещающими образованиями выделяют:

Согласные (конкордантные) интрузивные тела, внедрившиеся между отдельными слоями толщи вмещающих пород. Форма таких тел зависит от структуры вмещающей толщи (лакколиты, лополиты, факолиты, этмолиты, бисмалиты, силлы).

Несогласные (дискордантные) интрузивные тела, прорывающие слои толщи вмещающих пород и не зависящие от их структуры (батолиты, штоки, дайки, апофизы, хонолиты).

Формы залегания тел вулканических пород

Излившаяся на поверхность лава образует эффузивные тела, среди которых выделяются: лавовый покров, лавовый поток, некк (жерловина), вулканический (экструзивный) купол (пик, игла) и диатрема (трубка взрыва), вулканический конус, стратовулкан, щитовидный вулкан. По выражению в рельефе формы залегания эффузивных пород могут быть как положительными (покровы, потоки, жерловины, вулканические купола, диатремы, вулканические конусы, стратовулканы, щитовидные вулканы), так и отрицательными (кратеры, маары, лавовые колодцы, кальдеры).

Минеральный состав

В составе магматических пород выделяют породообразующие и акцессорные минералы. Породообразующие минералы представлены различными алюмосиликатами и силикатами. Среди них выделяют светлоокрашенные (син. лейкократовые) и темноцветные (син. меланократовые, цветные) разновидности. Светлоокрашенные не содержат (или содержат только примесные) магний и железо, тогда как для темноцветных характерно вхождение этих элементов в состав кристаллических решеток.

Соответственно, выделяют салические (от Si, Al) и мафические (от Mg, Fe) минералы. Типичные салические минералы: полевые шпаты, кварц, фельдшпатоиды, светлые слюды (мусковит и др.).

Типичные мафические минералы: оливины, пироксены, амфиболы, темноцветные слюды (биотит и др.).

Акцессорные минералы слагают менее 1-5 % объёма породы, однако их присутствие отмечается повсеместно. Среди акцессорий часто встречаются: циркон, апатит, рутил, монацит, ильменит, хромит, титанит, ортит, магнетит, хромит, пирит, пирротин и мн.др.

Характерные особенности минерального состава

Для пород нормального ряда характерно присутствие полевых шпатов и кварца и «…отсутствие фоидов (фельдшпатоидов) и щелочных темноцветных минералов, а также пироксенов и амфиболов с высоким содержанием титана типичных в щелочных магматитах. Кислотность (кремнезёмистость), в первую очередь, отражается на содержании кварца (чем кислее — тем его больше), а также составе плагиоклаза: базиты содержат богатые кальцием, тогда как кислые магматиты — богатые натрием его разновидности.

Кварц образуется, когда содержание SiO2 в магме превышает необходимое для образования силикатов и алюмосиликатов. Кварц не встречается в магматических фазах совместно с оливином или нефелином. Оливин присутствует, главным образом, в ультрабазитах и выделяется из магм, в которых содержание SiO2 недостаточно для образования пироксенов. В противном случае оливин превращается в энстатит: Аналогично образуется нефелин, который присутствует лишь в щелочных породах, недосыщенных кремнезёмом. В противном случае образуется альбит:

Распространение

Магматические породы, совместно с метаморфическими и переходными ультраметаморфическими преобладают в составе земной коры. На современной поверхности они широко представлены в областях длительного воздымания (кристаллических щитах и н.др.), подвижных поясах, больших магматических провинциях, областях активного вулканизма. Наиболее распространены породы нормального и субщелочного рядов. Причем базиты и ультрабазиты преобладают, слагая низы континентальной коры и почти целиком формируя кору океанического типа: базиты слагают, соответственно, «базальтовый» слой и верхи нижнего, а ультрабазиты — низы нижнего слоя, где представлены полнокристаллическими разностями. Гранитоиды широко развиты в составе массивной континентальной коры и формируют её верхний «гранито-гнейсовый» слой. Кроме того, имеют место участки земной коры, в пределах которых магматизм проявился экстремально быстро и широко. Такие области получили название «больших магматических провинций» (large igneous province, LIP). С 11-ю такими провинциями связывают массовые вымирания живых организмов в истории Земли. В LIP входят как «большие плутоногенные провинции», так и «большие вулканогенные», в том числе трапповые поля (к примеру, Сибирские траппы). Происхождение

Магматические породы являются конечными продуктами магматической деятельности, обусловленной глобальным и неравномерным тепломассопереносом из мантии к поверхности планеты. Магматические расплавы зарождаются в нижней коре и мантии вследствие уменьшения давления и/или повышения температуры. Являясь менее плотными по отношению к вмещающим образованиям, они стремятся «всплыть» на поверхность. В процессе подъёма происходит дифференциация магмы, что приводит к наблюдаемому разнообразию составов магматических пород. В случае достижения поверхности расплав извергается по эффузивном и/или эксплозивному механизму.

4.  Осадочные горные породы.

Оса дочные го рные поро ды — горные породы, существующие в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующиеся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно.

Большинство осадочных пород залегает в виде пластов, или слоёв. Изучением осадочных горных пород занимается наука литология.

Более трёх четвертей площади материков покрыто ОГП, поэтому с ними наиболее часто приходится иметь дело при геологических работах. Кроме того, с ОГП генетически или пространственно связана подавляющая часть месторождений полезных ископаемых. В них хорошо сохранились окаменелые остатки вымерших организмов, по которым можно проследить историю развития различных уголков Земли. Исходным материалом при их формировании являются минеральные вещества, образовавшиеся за счёт разрушения существовавших ранее минералов и горных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения и перенесённые в виде твёрдых частиц или растворенного вещества.

Классификация осадочных горных пород

Различные классификации осадочных пород были предложены Ж.Лаппараном (1923 г.),

В. П. Батуриным (1932 г.), М. С. Швецовым (1934 г.) Л. В. Пустоваловым (1940 г.), В. И. Лучицким (1948 г.), Г. И. Теодоровичем (1948 г.), В. М. Страховым (1960 г.), и другими исследователями.

Однако для простоты изучения применяется сравнительно простая классификация, в основе которой лежит генезис (механизм и условия образования) осадочных пород. Согласно ей осадочные породы подразделяются на обломочные, хемогенные, органогенные и смешанные.

5. Метаморфические горные породы.

Метаморфи ческие го рные поро ды (или видоизменённые горные породы) — горные породы, образованные в толще земной коры в результате метаморфизма, то есть изменения осадочных и магматических горных пород вследствие изменения физикохимических условий. Благодаря движениям земной коры, осадочные горные породы и магматические горные породы подвергаются воздействию высокой температуры, большого давления и различных газовых и водных растворов, при этом они начинают изменяться.

Формы залегания метаморфических пород

Так как исходным материалом метаморфических горных пород являются осадочные и магматические породы, их формы залегания должны совпадать с формами залегания этих пород. Так на основе осадочных пород сохраняется пластовая форма залегания, а на основе магматических — форма интрузий или покровов. Этим иногда пользуются, чтобы определить их происхождение. Так, если метаморфическая порода происходит от осадочной, ей дают приставку пара- (например, парагнейсы), а если она образовалась за счёт магматической породы, то ставится приставка орто- (например, ортогнейсы).

Состав метаморфических пород

Химический состав метаморфических горных пород разнообразен и зависит в первую очередь от состава исходных. Однако состав может отличаться от состава исходных пород, так как в процессе метаморфизма происходят изменения под влиянием привносимых водными растворами веществ и метасоматических процессов.

Минеральный состав метаморфических пород также разнообразен, они могут состоять из одного химического соединения, например кварца (кварцит) или кальцита (мрамор), или из смеси многих веществ, например силикатов сложного состава. Главные породообразующие минералы представлены кварцем, полевыми шпатами, слюдами, пироксенами и амфиболами. Наряду с ними присутствуют типично метаморфические минералы: гранаты, андалузит, дистен, силлиманит, кордиерит, скаполит и некоторые другие. Характерны, особенно для слабометаморфизованных пород тальк, хлориты, актинолит, эпидот, цоизит, карбонаты.