Состав земной коры.

Из чего состоит земная кора. Земная кора — ближайшая к поверхности твёрдая оболочка Земли. Земная кора на суше и в Мировом океане отличается по мощности и количеству слоёв.

Толщина континентальной земной коры доходит до до 75 км. Она состоит из 3-х слоёв.
Верхний — осадочный, в котором преобладают осадочные породы. Гранитный слой состоит преимущественно из гранита и метаморфических горных пород. Базальтовый слой — из более плотных пород, плотность которых сравнима с базальтами.
Максимальная мощность океанической земная кора составляет 5 км. Она сложена 2-мя слоями. Верхний слой — осадочныйнижний слой — базальтовыйГранитный слой в океанической земной коре отсутствует.
Мощность континентальной коры под равнинами составляет 3050 км, под горами — до 75 км. Мощность океанической коры — от 5 до 10 км.
Кора существует и на некоторых других планетах Солнечной системы, но только у Земли она подразделяется на 2 типа: континентальную и океаническую. На других планетах в большинстве случаев она состоит из базальтов.

90% земной коры слагают следующие 8 элементов: кислород, кремний, железо, алюминий, кальций, калий, натрий, магний. Сочетания различных химических элементов образуют однородные по физическим свойствам природные тела – минералы. Минералы могут входить в состав горных пород. Количество минералов в горных породах различно.

Земная кора в основном состоит из  пород с низкой плотностью. Континентальная кожура содержит гранит, в то время как океанская кожура содержит базальт и габро.

Поверхность Мохоровичича
Учёный-геофизик Андрия Мохоровичич, изучая данные о сильном землетрясении 1909 года около города Загреб на Балканском полуострове, обратил внимание на то, что на глубине около 30 км скорость сейсмических волн, распространившихся от землетрясения, резко увеличилась. Андрия предположил, что существует некая граница раздела земной коры и мантии. На ней происходит увеличение скоростей сейсмических волн из-за увеличения плотности вещества.
Эту границу принято называть «поверхность Мохоровичича» («Мохо» или поверхность «М»).

 

Вещественный состав мантии и ядра Земли

О вещественном составе глубинных зон прямых данных практически нет. Выводы базируются на геофизических данных, дополняемых результатами экспериментов и математического моделирования. Существенную информацию несут метеориты и фрагменты верхнемантийных пород, выносимые из недр глубинными магматическими расплавами.

Валовый химический состав Земли очень близок к составу углистых хондритов – метеоритов, по составу близких первичному космическому веществу, из которого формировалась Земля и другие космические тела Солнечной системы. По валовому составу Земля на 92% состоит всего из пяти элементов (в порядке убывания содержания): кислорода, железа, кремния, магния и серы. На все остальные элементы приходится около 8%.

Однако в составе геосфер Земли перечисленные элементы распределены неравномерно - состав любой оболочки резко отличается от валового химического состава планеты. Это связано с процессами дифференциации первичного хондритового вещества в процессе формирования и эволюции Земли.

Основная часть железа в процессе дифференциации сконцентрировалась в ядре. Это хорошо согласуется и с данными о плотности вещества ядра, и с наличием магнитного поля, с данными о характере дифференциации хондритового вещества, и с другими фактами. Эксперименты при сверхвысоких давлениях показали, что при давлениях достигаемых на границе ядра и мантии, плотность чистого железа близко к 11 г/см3, что выше фактической плотности этой части планеты. Следовательно, во внешнем ядре присутствует некоторое количество лёгких компонентов. В качестве наиболее вероятных компонентов рассматриваются водород или сера. Так расчёты показывают, что смесь 86% железа + 12% серы + 2% никеля соответствует плотности внешнего ядра и должна находится в расплавленном состоянии при Р-Т условиях этого участка планеты. Твёрдое внутреннее ядро, представлено никелистым железом, вероятно, в соотношении 80% Fe + 20% Ni, что отвечает составу железных метеоритов.

Для описания химического состава мантии к сегодняшнему дню предложено несколько моделей (табл.). Несмотря на имеющиеся между ними различия, всеми авторами принимается, что примерно на 90% мантия состоит из окислов кремния, магния и двухвалентного железа; еще 5 – 10% представлены окислами кальция, алюминия и натрия. Таким образом, на 98% мантия состоит всего из шести перечисленных окислов.

Химический состав мантии Земли
Окислы Содержание, весовые %
Пиролитовая
модель
Лерцолитовая
модель
Хондритовая
модель
SiO2 45,22 45,3 48,1
TiO2 0,7 0,2 0,4
Al2O3 3,5 3,6 3,8
FeO 9,2 7,3 13,5
MnO 0,14 0,1 0,2
MgO 37,5 41,3 30,5
CaO 3,1 1,9 2,4
Na2O 0,6 0,2 0,9
К2О 0,13 0,1 0,2

Дискуссионным является форма нахождения этих элементов: в форме каких минералов и горных пород они находятся?

До глубины 410 км, согласно лерцолитовой модели, мантия состоит на 57% из оливина, на 27% из пироксенов и на 14% из граната; её плотность около 3,38 г/см3. На границе 410 км оливин переходит в шпинель, а пироксен – в гранат. Соответственно, нижняя мантия состоит из гранат-шпинелевой ассоциации: 57% шпинели + 39% граната + 4% пироксена. Превращение минералов в более плотные модификации на рубеже 410 км приводит к увеличению плотности до 3,66 г/см3, что отражается в возрастании скорости прохождения сейсмических волн через это вещество.

Следующий фазовый переход приурочен к границе 670 км. На этом уровне давление определяет разложение минералов, типичных для верхней мантии, с образованием более плотных минералов. Вследствие такой перестройки минеральных ассоциаций плотность нижней мантии у границы 670 км становится около 3,99 г/см3 и постепенно нарастает с глубиной под воздействием давления. Это фиксируется скачкообразным нарастанием скорости сейсмических волн и дальнейшим плавным нарастанием скорости границы 2900 км. На границе мантии и ядра, вероятно, происходит разложение силикатных минералов на металлическую и неметаллическую фазы. Этот процесс дифференциации мантийного вещества сопровождается ростом металлического ядра планеты и выделением тепловой энергии.

Суммируя приведённые данные, необходимо отметить, что разделение мантии обусловлено перестройкой кристаллической структуры минералов без значимого изменения её химического состава. Сейсмические границы раздела приурочены к участкам фазовых превращений и связаны с изменением плотности вещества.

Раздел ядро/мантия является, как отмечено ранее, очень резким. Здесь резко изменяются скорости и характер прохождения волн, плотность, температура и другие физические параметры. Такие радикальные изменения не могут быть объяснены перестройкой кристаллической структуры минералов и, несомненно, связаны с изменением химического состава вещества.

Более подробные сведения имеются в вещественном составе земной коры, верхние горизонты которой доступны для непосредственно изучения.

Вещественный состав земной коры

Химический состав земной коры отличается от более глубоких геосфер в первую очередь обогащённостью относительно лёгкими элементами – кремнием и алюминием.

Достоверные сведения имеются только о химическом составе самой верхней части земной коры. Первые данные о её составе были опубликованы в 1889 году американским ученым Ф. Кларком, как среднеарифметические из 6000 химических анализов горных пород. Позже, на основании многочисленных анализов минералов и горных пород, эти данные многократно уточнялись, но и сейчас процентное содержание химического элемента в земной коре называется кларком. Около 99 % в составе земной коры занимают всего 8 элементов, то есть они имеют наибольшие кларки (данные об их содержании приведены в таблице). Кроме того, могут быть названы ещё несколько элементов, имеющих относительно высокие кларки: водород (0,15%), титан (0,45%), углерод (0,02%), хлор (0,02%), которые в сумме составляют 0,64%. На все остальные элементы, содержащиеся в земной коре в тысячных и миллионных долях, остаётся 0,33%. Таким образом, в пересчёте на окислы, земная кора в основном состоит из SiO2 и Al2O3 (имеет «сиалический» состав, SIAL), что существенно отличает её от мантии, обогащённой магнием и железом.

Вместе с тем, нужно иметь в виду, что приведённые выше данные о среднем составе земной коры отражают лишь общую геохимическую специфику этой геосферы. В пределах земной коры по составу существенно различается океанический и континентальный типы коры. Океаническая кора образуется за счёт поступающих из мантии магматических расплавов, поэтому в значительно большей степени обогащена железом, магнием и кальцием, чем континентальная.

Среднее содержание химических элементов в земной коры
(по Виноградову)

Химический элемент

Содержание, вес.%
(кларк)

Кислород

47,00

Кремний

29,5

Алюминий

8,05

Железо

4,65

Кальций

2,96

Натрий

2,5

Калий

2,5

Магний

1,87

Химический состав континентальной и океанической коры

Окислы

Содержание, вес.%

Континентальная кора

Океанская кора

SiO2

60,2

48,6

TiO2

0,7

1,4

Al2O3

15,2

16.5

Fe2O3

2,5

2,3

FeO

3,8

6,2

MnO

0,1

0,2

MgO

3,1

6,8

CaO

5,5

12,3

Na2O

3,0

2,6

K2O

2,8

0,4

Не менее значимые различия обнаруживаются и между верхней и нижней частью континентальной коры. В значительной мере это связано с формированием коровых магм, возникающих за счёт плавления пород земной коры. При плавлении разных по составу пород выплавляются магмы, в значительной мере состоящие из кремнезёма и окисла алюминия (они содержат обычно более 64% SiO2), а оксиды железа и магния остаются в глубинных горизонтах в виде нерасплавленного «остатка». Имеющие малую плотность расплавы, внедряются в более высокие горизонты земной коры, обогащая их SiO2 и Al2O3.

Химический состав верхней и нежней континентальной коры
(по Тейлору и Мак-Леннану)

Окислы

Содержание, вес.%

Верхняя кора

Нижняя кора

SiO2

66,00

54,40

TiO2

0,5

1,0

Al2O3

15,2

16.1

FeO

4,5

10,6

MgO

2,2

6,3

CaO

4,2

8,5

Na2O

3,9

2,8

K2O

3,4

0,28

Химические элементы и соединения в земной коре могут образовывать собственные минералы или находится в рассеянном состоянии, входя в форме примесей в какие-либо минералы и горные породы.

Назад//Назад к оглавлению//Вперёд

1 комментарий к “Состав земной коры.

  1. Miles

    Спасибо за информацию. Кстати если нужно выполнить лабораторный анализ воды можете перейти

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

Вы можете использовать это HTMLтеги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>