Трицкий. общая геология. лекция.тема 2

быстрому глобальному потеплению климата и существенным изменениям биосферы. По ряду показателей этот процесс приближается к состоянию окружающей среды, характерной для далекого прошлого. Изучение былых атмосфер позволяет понять сущность современных процессов разрушения озонового экрана и парникового эффекта – важнейших современных гуманитарных проблем человечества.

Рис.2.15 .Общий баланс солнечной энергии

Циркуляция атмосферы. Главными движущими силами циркуляции вод океанов и переноса ими тепла являются господствующие направления ветра. Ветры нижней атмосферы создают касательные напряжения на поверхности океана, вызывая тем самым поверхностную циркуляцию и возникновение поверхностных течений, охватывающих 300-500 м верхней части водной толщи. В приполярных областях они распространяются на несколько тысяч метров.

Глобальная циркуляция воздушных масс атмосферы подчинена климатической зональности Земли и представлена системой экваториальных течений направленных с востока на запад и устойчивых с запада на восток ветровых течений умеренного климатического пояса. Между ними движение воздуха образует соответственно северные и южные антициклональные круговороты. Их положение отвечает

21

положению аридных поясов в океане, где они образуют «океанические пустыни». В полярных областях также возникают круговороты.

ГИДРОСФЕРА ЭТО ЖИДКАЯ ОБОЛОЧКА ЗЕМЛИ, КОТОРАЯ ПОКРЫВАЕТ 70,8 % ЕЕ ПОВЕРХНОСТИ.

ГЛАВНЫМИ РЕЗЕРВУАРАМИ ВОДЫ ЯВЛЯЮТСЯ ОКЕАНЫ. ОНИ СОДЕРЖАТ 97 % МИРОВЫХ ЗАПАСОВ ВОДЫ. СУЩЕСТВУЮЩИЕ В ОКЕАНАХ МОЩНЫЕ ТЕЧЕНИЯ ПЕРЕНОСЯТ ТЕПЛО ОТ ЭКВАТОРИАЛЬНЫХ ОБЛАСТЕЙ К ПОЛЯРНЫМ И ТЕМ САМЫМ В ОПРЕДЕЛЕННОЙ СТЕПЕНИ РЕГУЛИРУЮТ КЛИМАТ ЗЕМЛИ.ПО СОВРЕМЕННЫМ ПРЕДСТАВЛЕНИЯМ, НАЛИЧИЕ БОЛЬШИХ ВОДОЕМОВ НА ЗЕМЛЕ СЫГРАЛО РЕШАЮЩУЮ РОЛЬ В ВОЗНИКНОВЕНИИ ЖИЗНИ НА НАШЕЙ ПЛАНЕТЕ.ЧАСТЬ ВОДЫ НА ЗЕМЛЕ ОБЩИМ ОБЪЕМОМ СВЫШЕ 30 МЛН. КМ3 НАХОДИТСЯ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ, В ВИДЕ ЛЬДА И СНЕГА. ЛЬДЫ ПОКРЫВАЮТ ПРИМЕРНО 3 % ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ. ЕСЛИ БЫ ЭТУ ВОДУ ПРЕВРАТИТЬ В ЖИДКОЕ СОСТОЯНИЕ, ТО УРОВЕНЬ МИРОВОГО ОКЕАНА ПОДНЯЛСЯ БЫ БОЛЕЕ ЧЕМ НА 60 МЕТРОВ.

Магнитосфера, как и озоновый слой, являются надежным экраном,защищающим биосферу от пагубного влияния солнечного ветра и жестких космических лучей.Возникновение магнитного поля объясняют существованием сложными движениями наэлектризованного вещества в жидком ядре. Подобно динамомашине здесь генерируется электрическое поле,а под его влиянием поле магнитное. Последнее имеет сложную несимметричную форму,обусловленную давлением солнечного ветра (рис.2.15).Солнечная плазма обтекает магнитосферу.Ее внешняя граница-магнитопауза. Напряженность магнитного поля не постоянное и его форма зависит от силы солнечных возмущений.Сильные магнитные бури возникают в периоды активного Солнца.

Рис.2.16. Строение магнитосферы Земли

Важной особенностью магнитного поля являются инверсии поля,когда происходит изменение направления магнитного поля земли в геологической истории планеты (определяется палеомагнитным методом). При инверсии северный магнитный полюс и южный магнитный полюс меняются местами, и стрелка компаса

22

начинает показывать противоположное направление.инверсии магнитного поля происходят через интервалы времени от десятков тысяч лет, до огромных промежутков спокойного магнитного поля в десятки миллионов лет, когда инверсии не происходили. За длительными периодами спокойного магнитного поля могут следовать периоды многократных инверсий с различной длительностью и наоборот.полагают, что во время инверсий магнитосфера земли ослабевала настолько, что космическое излучение могло достигать поверхности земли, поэтому это явление могло наносить вред живым организмам на планете, а очередная смена полюсов может привести к ещё более серьёзным последствиям для человечества вплоть до глобальной катастрофы.

Биосфера. Впервые термин «биосфера» был введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью. Основоположником современных представлений о биосфере является выдающийся естествоиспытатель В.И. Вернадский. Сущность его учения заключается в том, что высшая фаза развития материи на Земле – жизнь – опосредует другие планетарные процессы. Ученый утверждал, что химическое состояние наружной коры нашей планеты, биосферы всецело находится под влиянием жизни, определяется живыми организмами. Энергия, придающая биосфере ее обычный облик, имеет космическое происхождение. Она исходит из Солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, превращают эту космическую лучистую энергию в земную, химическую и создают бесконечное разнообразие нашего мира, это живые организмы, которые своим дыханием, питанием, метаболизмом, своей смертью и своим размножением, постоянным использованием своего вещества, а главное – длящейся сотни миллионов лет, непрерывной сменой поколений порождают одно из грандиознейших планетных явлений, не существующих нигде, кроме Биосферы. Таким образом, Вернадский рассматривает биосферу не как простую совокупность живых организмов, а как единую термодинамическую оболочку (пространство).

Биосфера – это глобальная единая система Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью.Биосфера охватывает верхние слои литосферы, всю гидросферу, и нижние слои атмосферы.Биосфера охватывает сферу развития жизни, по выражению В.И. Вернадского, «живого вещества», окружающее Землю пространство, в котором живое вещество действует как геологическая сила, формирующая лик Земли.Этим определяются границы биосферы. Верхнюю границу возможной жизни определяет озоновый экран (на высоте 20-25 км), нижнюю – точка кипения воды на глубине 2-3 км на суше и 1-2 км ниже дна океана.

23

Атмосфера насыщается кислородом или углекислым газом, под влиянием растений и животных. В ней обращается азот, который хоть и является в основном инертным газом, но и его активно используют части биосферы. В гидросфере – водяной оболочке планеты происходит постоянный дождь из отмирающих живых существ, которые постепенно, слой за слоем ложатся на дно и образуют толщи осадочных пород, что становятся уже частью литосферы.Постоянный круговорот веществ в природе сильно зависит от биосферы, вносящей необходимые для жизни коррективы в планетарные механизмы.бщая биомасса биосферы составляет более 85100 млрд тонн сухого органического вещества, в том числе в Мировом океане — 30 млрд тонн сухого органического вещества.Сегодня известно, что 99,9% массы живых организмов приходится на 14 элементов (Н, О, С, N, Са, К, Si, Mg, P, S, A1, Na, Fe, CI), которые преобладают и в земной коре, составляя в ней 98,9%, только в других соотношениях.

Рис.2.17.Роль магнитосферы и озонового слоя в эволюции биосферы

ЛИТОСФЕРА И ЗЕМНАЯ КОРА

Литосфера, или каменная оболочка Земли, включает верхнюю деплетированную часть верхней мантии и земную кору. Ее строение и вещественный состав наиболее полно отражают геологическую историю и особенности дифференциации вещества Земли. В ней наиболее контрастно проявляются процессы его разделения на перидотитовую магнезиально-силикатную нижнюю и, преимущественно алюмосиликатную верхнюю части. Не случайно разделяющая их граница Мохоровичича отнесена к числу главных петрофизических разделов разреза Земли.

24

Рис.2.18.Строение верхней мантии и литосферы

Реститовый слой слагает подкоровую часть литосферы и представлен тугоплавкими минералами верхней мантии, прошедшей цикл частичного плавления и удаления базальтовой фазы. В литературе такие породы получили название рестита. Мантия, испытавшая фазу плавления и потерявшая часть базальтовой фракции, называется деплетированной мантией.

Механизм формирования подкоровой части литосферы впервые разработан А.П.Виноградовым и А.А.Ярошевским, согласно которому процесс магматической дифференциации пород мантии развивается путем зонного плавления. При этом зону плавления покидают щелочные, щелочноземельные и радиоактивные элементы. Вместе с ними мигрируют Al, Ca, Ti, Zr, Hf, Nb. С базальтовыми расплавами они покидают мантию и далее входят в состав базальтовой земной коры. В ходе последующей магматической дифференциации происходит их перераспределение в континентальной коре. Поэтому подкоровая часть литосферы слагается ультраосновными породами, потерявшими часть литофильных элементов Изменение ювенильной мантии, подверженной магматической дифференциации, приводит к возникновению широкого спектра ультраосновных пород. Высшей стадией таких изменений является рестит, слагающий подкоровую часть литосферы.

25

Поверхность Мохоровичича разделяет мантию и земную кору и повсеместно сопровождается четко выраженным изменением скоростей продольных волн от 7,5-7,8 до 7,9-8,2 км/сек. Доказано, что эта граница обозначает не только изменение физических свойств пород, но и кардинальную смену их петрохимического состава. Мантийная часть литосферы, как уже говорилось, характеризуется ультраосновным составом перидотитовых (гарцбургиты, лерцолиты) и реже дунитовых магнезиально-кремнистых пород. Земная кора характеризуется необычайно сложным строением и представлена богатым спектром магматических, осадочных и метаморфических пород, отличающихся по химическому и минералогическому составу.

Несмотря на столь разные петрохимические различия между верхней частью верхней мантии и земной корой, они образуют единый слой относительно жесткой и хрупкой оболочки - литосферы. Ее реологические свойства резко отличаются от реологии астеносферы. Именно эти отличия являются главным критерием выделения литосферы в качестве верхней каменной оболочки Земли.

Земная кора. До недавнего прошлого в период господства фиксистской геосинклинальной теории представлялось, что консолидированная часть земной коры повсеместно слагается базальтовым слоем, который на континентах перекрывается гранитным. Базальтовый слой рассматривался в качестве первичного, а гранитный являлся его производным, возникшим в ходе геосинклинального процесса переработки базальтовой коры в гранито-гнейсовую. Этим объяснялось разделение коры на океаническую и континентальную.

Рис.2.19.Два основных типа разреза земной коры – океанический и континентальный

Подобное разделение типов разрезов сохранилось до настоящего времени. Однако их содержание принципиально изменилось. Океаническая кора, развитая на территории океанов, имеет молодой возраст, не выходящий за пределы 180 млн.лет (средняя юра), тогда как на континентах возраст коры более близок к

26

возрасту Земли (4.0 млрд.лет). Массовые абсолютные датировки возраста древнейших пород континентов составляют 3,5-3,8 млрд. лет. Судя по циркону, их возраст может опуститься до 3,9-4,1 млрд. лет.

Рис.2.20.Сопоставление обобщенного разреза литосферы современных океанов с

усредненными разрезами обдуцированных офиолитовых аллохтонов (D.Sprey): 1 –

пелагические осадки, 2 – излившиеся базальты, 3 – комплекс параллельных даек (долериты), 4 – верхние (не расслоенные) габброиды и габбро-долериты, 5,6 – расслоенный комплекс (кумуляты),5

– габброиды, 6 – ультрабазиты, 7 – тектонизированные перидотиты, 8 – базальный метаморфический ореол

Кора океанического типа развита в пределах современных океанов и котловинных окраинных морей, где её мощность составляет 1-15 км. В ее строении принимают участие первый, осадочный слой, второй, сложенный преимущественно базальтами, и третий, в составе которого преобладают полнокристаллические магматические породы основного состава. Их описание целесообразно рассмотретьснизу вверх согласно их стратиграфической последовательности (возраста).

Нижний (третий) слой океанской коры представляет собой интрузивный комплекс, сложенный в верхней части массивного строения габброидами, а в нижней - «полосчатым комплексом» кумулятов, состоящих из чередующихся габбро и ультраосновных пород. Его мощность составляет 3-5 км.

Средний(второй) слой образован дайковым (дайка в дайке) комплексом в нижней части и стратифицированными базальтами с характерной для них подушечной отдельностью (пиллоу-базальты), переслоенными редкими прослоями глубоководных глинистых, кремнистых или карбонатных пелагических осадков.

27

Общая мощность составляет 1,5-2,0 км. Часто базальты и перекрывающие их осадки имеют близкий возраст.

Верхний(осадочный) слой завершает разрез океанической коры и представлен различными по составу глубоководными пелагическими отложениями - глинистыми, карбонатными и кремнистымиМощность осадочного слоя составляет 500-1000 м. в океане и может достигать 15 км на континентальном подножьи. Магматические породы океаничесской коры представляют комплекс. Нижний слой соответствует магматическим камерам, состоящим из гравитационно расслоенной застывшей исходной магмы На фоне равномерного изменения мощности магматической части разреза океанской коры выделяются аномальные участки и зоны повышенной мощности (до 25-30 км). К ним относятся вулканические острова и хребты, атоллы, гийоты и система амагматических океанских поднятий - плато.

Рис.2.21.Обобщенная схема строения океанической коры

Континентальная кора распространена в пределах континентов и сопряженных с ними шельфовых морях. Континентальный тип коры характеризует также разрезы микроконтинентов, расположенных внутри океанов.

Рис.2.22.Земная кора континентов толще и легче океанической. Поэтому континенты занимают более высокое гипсометрическое положение,а их основание образует корни гор

28

Средняя мощность коры 30-40 км и колеблется в широких пределах. На платформах она составляет 35-40 км, а под молодыми горными сооружениями достигает 70-75 км, под большими грабенами сокращается до 25-30 км. Уменьшение мощности, главным образом, за счет выклинивания верхней части консолидированной коры, наблюдается по окраинам континентов и, в так называемых, субокеанических впадинах. На континентах, как и в океанах, выделяют осадочную и консолидированную части коры. Последняя делится на верхний и

маломощным (до 3-5 км) осадочным чехлом, накрывающим консолидированную часть разреза. В субокеанических впадинах, рифтогенных и окраинных прогибах платформ, во внутренних и передовых прогибах складчатых сооружений мощность осадочного чехла может достигать 10-20 км. Структуря выполнены широким спектром осадочных пород континентального и мелководно-морского происхождения. Реже могут быть встречены относительно глубоководные отложения. В областях активного вулканизма в строении осадочного слоя могут участвовать эффузивные и интрузивные магматические породы преимущественно основного состава. Возраст отложений варьирует в широких пределах - от современных до мезопротерозойских включительно. Этим они отличаются от накоплений осадочного чехла в океанах, возраст которых не древнее юры.

Рис.2.23.Изменение толщины континентальной коры

29

Консолидированная кора по геофизическим показателям делится на два слоя: верхний с характерными для него скоростями продольных волн 6,0-6,5 км/сек и нижний - 6,4-7,7 км/сек. До недавнего прошлого изменение физических свойств разреза консолидированной коры объясняли петрологическими различиями в составе пород. Верхний слой назывался «гранитный» или «гранито-гнейсовый», а нижний - «базальтовый» или «гранулито-базитовый». Их разделяет сейсмический раздел, названный в честь открывшего его геофизика границей Конрада. Ниже этого раздела скорость продольных сейсмических волн возрастает до 6,6 км/сек. Более детальные исследования показали, что кроме этого раздела в коре прослеживаются и другие отражающие поверхности.

Верхний слой консолидированной коры. О его составе судят по выходам на поверхность кристаллических пород, обнажающихся на щитах древних платформ. Они приблизительно сложены на 50% гранитами, 40% - гнейсами, кристаллическими сланцами и другими метаморфическими породами амфиболитовой стадии метаморфизма. Примерно на 10% площади щитов получают развитие породы гранулитовой и эклогитовой фаций метаморфизма, а также относительно слабометаморфизованные кварциты, филлиты, мраморы и основные изверженные породы. Именно поэтому слой получил название гранито-гнейсового. Ядра складчатых сооружений и фундамент молодых платформ представлены гранитами и менее метаморфизованными породами зеленосланцевый, реже амфиболитовой фаций метаморфизма. Поэтому их часто объединяют под названием «гранитометаморфический слой».

Нижний слой консолидированной коры сложен породами гранулитовой фации метаморфизма, представленными плагиогнейсами с гранатом и пироксеном, а также анортозитами, чарнокитами, коматиитами и другими основными интрузивными и эффузивными метаморфическими породами. Первоначально, по физическим показателям, этот слой был назван «базальтовым». Однако учитывая, что по сейсмическим данным, в нижней коре широко развиты многочисленные параллельные отражения, интерпретируемые как пластовые внедрения основной магмы, нижний слой коры получил название «гранулит-базитового».

Непрерывное сейсмическое профилирование отраженными волнами позволило получить сплошное изображение глубинной структуры земной коры. Выяснилось, что двухслойное строение консолидированной части коры фиксируется достаточно редко. На предположении о двухслойном строении коры был обоснован выбор места заложения Кольской сверхглубокой скважины.

30