Строение литосферы(оболочки литосферы)

Земная кора и верхняя (твердая) часть мантии образуют литосферу. Она представляет собой «шар» из твёрдого вещества радиусом около 6400км. Земная кора - внешняя оболочка литосферы. Состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев. Отличают океаническую и материковую земную кору. В составе первой отсутствует гранитный слой. Максимальная толщина земной коры около 70 км - под горными системами, 30- 40 км - под равнинами, наиболее тонкая земная кора - под океанами, всего 5- 10 км.

Остальную часть мы называем внутренней литосферой, которая включает также и центральную часть, называемую ядром. О внутренних слоях литосферы нам почти ничего не известно, хотя на их долю приходится почти 99,5% всей массы Земли. Их можно изучать только с помощью сейсмических исследований.

Литосфера разбита на блоки - литосферные плиты - это крупные жесткие блоки земной коры, которые двигаются по относительно пластичной астеносфере. Литосфера под океанами и континентами значительно различается.

Литосфера под океанами претерпела множество этапов частичного плавления в результате образования океанической коры, она сильно обеднена легкоплавкими редкими элементами и в основном состоит из дунитов и гарцбургитов.

Литосфера под континентами значительно холоднее, мощнее и, видимо, разнообразнее. Она не участвует в процессе мантийной конвекции, и претерпела меньше циклов частичного плавления. В целом она богаче несовместимыми редкими элементами. В её составе значительную роль играют лерцолиты, верлиты и другие богатые редкими элементами породы.

Литосфера расколота примерно на 10 больших плит, самые крупные - Евразийская, Африканская, Индо-Афстралийская, Американская, Тихоокеанская, Антарктическая. Литосферные плиты движутся с возвышающейся на них сушей. В основе теории движения литосферных плит - гипотеза А. Вегенера о дрейфе континентов.

Литосферные плиты постоянно меняют свои очертания, они могут раскалываться в результате рифтинга и спаиваться, образуя единую плиту в результате коллизии. С другой стороны, разделение земной коры на плиты не однозначно, и по мере накопления геологических знаний выделяются новые плиты, а некоторые границы плит признаются несуществующими. Движение литосферных плит обусловлено перемещением вещества в верхней мантии. В рифтовых зонах оно разрывает земную кору и расталкивает плиты. Большинство рифтов находится на дне океанов, где земная кора тоньше. На суше крупнейшие рифты расположены в районе Великих Африканских озер и озера Байкал. Скорость движения литосферных плит - -1-6 см в год.

При столкновении литосферных плит на их границах образуются: горные системы, если в зоне столкновения обе плиты несут материковую кору (Гималаи), и глубоководные желоба, если одна из плит несет океаническую кору (Перуанский желоб). С этой теорией согласуется предположение о существовании древних материков: южного - Гондваны и северного - Лавразии.

Границы литосферных плит - это подвижные области, где происходят горообразование, сосредоточены области землетрясений и большинство действующих вулканов (сейсмические пояса). Самые обширные сейсмические пояса - Тихоокеанский и Средиземноморского - Трансазиатский.

На глубине 120-150 км под материками и 60-400 км под океанами залегает слой мантии, называется астеносферой. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде.

Свойства литосферы

Существенным, хотя и не всегда сразу заметным, стало нарушение литосферных функций почв, в которых почвенный покров выступает как некая защитная по отношению к литосфере оболочка, контролирующая состав верхних горизонтов литосферы и их функционирование. Литосфера обладает рядом фундаментальных свойств, которые следует учитывать при ее изучении и анализе геологического процесса, а также процесса эволюции литосферы. Важнейшим свойством литосферы является ее изменчивость.

Неоднородность литосферы проявляется в таких важнейших ее свойствах, как анизотропность и симметрия-диссимметрия. Анизотропность формально можно определить как зависимость некоторой функции геологического параметра от преобразований вращения. Это свойство проявляется на всех уровнях организации литосферы: в виде структурной этажности, ярусности, фациальной изменчивости, слоистости, а также различия текстуры, показателей свойств грунтов и мер их рассеяния в главных направлениях изменчивости и по глубине.

Литосфера не просто анизотропна по структуре и свойствам. Ей присуща «высшая» форма анизотропности -- симметрия-диссимметрия. Симметрию-диссимметрию литосферы следует считать ее фундаментальным свойством. Она проявляется на всех уровнях организации литосферы, начиная с уровня минералов (симметрия кристаллической решетки) и кончая уровнем геооболочек (симметрия шара). Свойство симметрии уровня минералов широко известно из трудов Е. С. Федорова, А. В. Шубникова и других специалистов-кристаллографов.

К числу важнейших свойств литосферы принадлежит ее дискретность. Дискретность твердого минерального вещества проявляется в виде пористости, пустотности (кавернозности), трещиноватости, тектонической нарушенности. Дискретностью твердой фазы обусловлено наличие в составе литосферы жидкой, газовой и биологической компонент.

Важнейшим фундаментальным свойством литосферы, отличающим ее от простых тел, является организационностъ, которая, прежде всего проявляется: в уровнях организации вещества литосферы -- минеральном, горно-породном, формационном; в наличии структур различных уровней, обусловливающих анизотропность, симметрию-диссимметрию. Организационные свойства литосферы выявляются уже на минеральном уровне в виде кристаллической структуры минералов.

Экологическая геология изучает верхние горизонты литосферы как абиотическую компоненту природных и антропогенно измененных экосистем высокого уровня организации. Ее объектом исследований являются биотопы экосистем, а предметом исследований - экологическая роль и экологические функции литосферы, основными среди которых являются ресурсная, геодинамическая и геохимическая. Все эти функции литосферы теснейшим образом связаны между собой.

Ресурсная функция верхних горизонтов литосферы заключается в ее потенциальной способности обеспечения потребностей биоты (экосистем) абиотическими ресурсами, в том числе и потребностей человека теми или иными полезными ископаемыми, необходимыми для существования и развития человеческой цивилизации.

Геодинамическая функция литосферы в экологическом аспекте проявляется в ходе различных геологических процессов (экзогенных - оползней, обвалов, селей, береговой абразии, подтопления и т.д. и эндогенных - землетрясений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы, в том числе и человеческое общество.

Геохимическая функция литосферы в экологическом аспекте заключается в ее активном участии в процессах круговорота веществ в природе. Причем одинаково важен анализ обеих сторон круговорота - как вредных, так и полезных для экосистем веществ.

Виды движений литосферы

Текто́ника плит — современная геологическая теория о движении литосферы, согласно которой земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга. При этом в зонах расширения (срединно-океанических хребтах и континентальных рифтах) в результате спрединга (англ. seafloor spreading — растекание морского дна) образуется новая океаническая кора, а старая поглощается в зонах субдукции. Теория тектоники плит объясняет возникновение землетрясений, вулканическую деятельность и процессы горообразования, по большей части приуроченные к границам плит.

Впервые идея о движении блоков коры была высказана в теории дрейфа континентов, предложенной Альфредом Вегенером в 1920-х годах. Эта теория была первоначально отвергнута. Возрождение идеи о движениях в твёрдой оболочке Земли («мобилизм») произошло в 1960-х годах, когда в результате исследований рельефа и геологии океанического дна были получены данные, свидетельствующие о процессах расширения (спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (субдукции). Объединение этих представлений со старой теорией дрейфа материков породило современную теорию тектоники плит, которая вскоре стала общепринятой концепцией в науках о Земле.

В теории тектоники плит ключевое положение занимает понятие геодинамической обстановки — характерной геологической структуры с определённым соотношением плит. В одной и той же геодинамической обстановке происходят однотипные тектонические, магматические, сейсмические и геохимические процессы.

2.1 Строение океанского дна и происхождение океанов

Мирово́й океа́н — основная часть гидросферы, составляющая 94,1 % всей её площади, непрерывная, но не сплошная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и отличающаяся общностью солевого состава.

Океаническое дно — поверхность литосферной плиты, которая покрыта водами мирового океана.

Подводный рельеф не менее многообразен, чем рельеф материков. Здесь имеются хребты, расселины и долины. Основные части дна — подводная окраина материка, ложе океана, глубоководные желоба и срединно-океанические хребты.

Подводная окраина материка состоит из шельфа (отмели), материкового склона и материкового подножья. Шельф опоясывает континентальную сушу. Он представляет из себя подводную равнину с небольшим наклоном, в которой имеются скальные образования. Глубина шельфа в среднем около 130 метров. Однако, на берегах, подверженных обледенению, в шельфе за счет движения ледников образуются углубления: впадины и отроги (ложбины). Подобные углубления имеются у берегов штата Мэн, вдоль береговой линии Норвегии, Аляски, в южной части берега Чили, в заливе Святого Лаврентия.

На формирование рельефа шельфа существенное влияние оказало всемирное оледенение. В эту эпоху на суше образовались ледяные массы, а уровень океана понизился. Таким образом в нынешних участках шельфа образовались дельты рек — особенности рельефа, сохранившиеся после того, как шельф снова покрылся водой. Также в ледниковый период на границах материков образовались абразионные платформы. На участках шельфа, бывших сушей в ледниковую эпоху, археологи находят предметы человеческого быта и кости мамонтов.

Граница между шельфом и материковым склоном (бровка), как правило, четкая. Угол наклона материкового склона в среднем равен 4°. Однако, в некоторых местах склон может быть очень крутым. Склон обычно имеет ступенчатый профиль - уступы чередуются с горизонтальными ступенями. Материковый склон, как правило, пересечен подводными каньонами. Каньоны имеют глубину 300 м и более. Самый глубокий каньон — Большой Багамский. Его глубина 5 км. Полагают, что ступенчатый профиль склона и подводные каньоны образовались в результате тектонического движения.

Материковое подножье, занимающее промежуточное положение между материковым склоном и ложем океана, имеет холмистый рельеф. Глубина подножья от 3,5 км. В нем имеются скопления осадочных пород, образованные мутьевыми потоками и оползнями.

Океаническое ложе имеет глубину от 3.5 до 6 км. Его рельеф плоский или холмистый. Также имеются подводные горы, некоторые вулканического происхождения.

Срединно-океанские хребты имеют высокую сейсмичность и вулканизм. Их сеть имеет протяжение более 60000 км. Хребты отмечены поперечными разломами.

Вулканические горы в Тихом океане называют гайотами. Ширина гайотов около 61 км, длина — около 280 км. Вершины гайотов достигают глубины 1-2 км. На вершинах океанических гор образуются атоллы.

Глубоководные желоба имеют глубину 7-11 км. Их особенно много в Тихом океане. Здесь находится самый глубокий Марианский желоб (11 км). Имеются глубоководные желоба и в Индийском, и в Атлантическом океанах.

Происхождение океанов тесным образом связано с эволюцией поверхности Земли. В частности, происхождение Тихого, Атлантического и Индийского океана связано с разломом и движением материков. Исследования показывают, что ориентация ферромагнитных зерен в изверженных и осадочных земных породах на дне океанов вполне соответствует представлениям геологов о подвижности континентов.

К концу XVI века, когда на глобус более или менее правильно были нанесены материки (кроме Австралии и Антарктиды, которые к тому времени еще не были открыты), географы невольно обратили внимание на сходство очертаний Западной Африки и восточного побережья Южной Америки. В самом деле, берега двух континентов, разделенных огромным водным пространством Атлантического океана, как бы дополняют друг друга: каждому заливу и каждой бухте в Африке соответствует равный по форме и размерам мыс в Южной Америке, и, наоборот, африканским мысам соответствуют американские бухты.

Согласно новейшим представлениям о древней истории Земли в середине протерозоя, то есть около 1,7 миллиарда лет назад, океан уже имел глубину и объем, равные примерно двум третям современного. Мнения большинства геологов сходятся на том, что в это время над поверхностью воды возвышался всего один континент, который получил название Пангея — «Единая Земля». Пангея, состоявшая из относительно легких пород, плавала на раскаленной полужидкой и более тяжелой верхней мантии. Внутри последней (как в то отдаленное время, так и теперь) постоянно происходит перемещение магматических масс. Вещество мантии, расплавившись в более горячих глубинах, в виде восходящих потоков устремляется вверх. Это несколько напоминает передвижение жидкости в кипящем котле. Всплыв к поверхности, горячий поток растекается в стороны и по мере остывания опускается нисходящими струями в глубину, где снова подвергается нагреванию.

Мощные восходящие потоки конвекционных течений мантии, ударяя снизу в Пангею, разорвали прама-терик, подобно тому как кипящая в котле вода разносит в стороны сгустки плавающей на поверхности пены. Осколки Пангеи, подгоняемые расходящимися горизонтальными потоками, поплыли в разные стороны. Конечно, этот процесс не носил характера всемирной катастрофы. Вязкость мантии настолько велика, что она движется не быстрее нагретого в котле асфальта. Скорость дрейфа частей разорванного первичного материка ничтожна. Потребовалось 250 миллионов лет, чтобы Новый Свет отплыл от Старого на расстояние ширины Атлантического океана.

Примерно 400 миллионов лет назад Пангея была разорвана надвое в области экватора. Ее южная половина, получившая название Гондваны, стала медленно отходить к югу. Северная же часть в палеозойскую эру не была материком в полном смысле этого слова, так как уже некоторое время почти полностью находилась под водой.

По сути дела, она представляла собой лишь подводное продолжение Пангеи, ее шельф. Материки или их части периодически испытывали то подъем, то понижение.

Впрочем, вскоре эта погруженная часть стала возвышаться над поверхностью океана и получила название Лавразии. Между ней и Гондваной заплескались волны теплого моря Тэтис, вытянувшегося в экваториальном направлении.

Во время мезозойской эры, около 260 миллионов лет назад, Гондвана распалась на четыре части. Каждая из них дала начало одному из современных континентов южного полушария — Антарктиде, Австралии, Южной Америке и Африке вместе с Аравией. Будущий Индостан в то время составлял единое целое с Антарктидой. В результате раскола Гондваны и расхождения ее частей в разные стороны возникли Индийский океан и южная часть Атлантического.

Затем наступила очередь распада Лавразии, от которой отделилась Северная Америка с Гренландией. Атлантический океан после такой перестройки увеличился вдвое и вытянулся в меридиональном направлении.

После этого от Антарктиды откололся Индостан. Огромный массив (его недаром называют подконти-нентом) поплыл на север и здесь столкнулся с Азией. В результате удара в месте стыковки земная кора вздыбилась и образовалась высочайшая в мире горная система Гималаев.

Самый молодой из океанов — Северный Ледовитый. Он возник в результате подъема материков Европы, Азии и Северной Америки и частичного смыкания их краев. Самый старый океан — Тихий. Его возраст равен возрасту первичного океана.