Что представляет земная кора нашей планеты

Большинство геологических процессов проходит в земной коре, образующей самый верхний слой Земли  толщиной от 6 до 75 км. При этом под океаном слой значительно тоньше, чем на континентах и поэтому имеется два типа коры — континентальная и океаническая.

Рождение Вселенной через Большой взрыв образовало такиеэлементы как железо, углерод, магний, марганец, кремний, уран, алюминий. Эти элементы постепенно начали собираться благодаря гравитационному притяжению, чтобы сформировать минералы, которые создали земную кору.

Земная кора издавна привлекала и еще долго будет привлекать внимание ученых. Кроме того она является источником сырья для человека.

Земная кора состоит в основном из двух типов магматических пород. Более темный и плотный из этих двух назван мафическим из-за его повышенного содержания магния (химический символ Mg) и железа (Fe).
Мафические породы включают темные вулканические и магматические породы, такие как базальт и габбро, соответственно.
Фельзитовые породы также магматичны, но легче и менее плотны из-за более высокой доли легких элементов кремния и алюминия. Мафические породы составляют морскую кору. Фельзитовые породы являются основными составляющими континентальной коры.

Горные породы, как правило, состоят из взаимосвязанных агломераций различных минералов. Типы присутствующих минералов определяют тип породы, и каждый тип породы (магматическая, осадочная или метаморфическая) может быть классифицирован в соответствии с типом минеральных кристаллов и их размерами, которые он содержит. Исключение составляет вулканическое стекло, где его элементы не организованы в упорядоченные кристаллические структуры из-за быстрого остывания.

Как выделяются слои Земли

Граница между земной корой и последующим слоем Земли — мантией образована так называемым сейсмическим разделом, где происходит внезапное изменение физических свойств, например, скорости распространения сейсмических волн.

Два десятка лет тому назад ученые — геологи, геофизики и геохимики  вели длительный и действительно настойчивый спор как раз о том, что, собственно, вызывает изменение скорости распространения сейсмических волн на границе земной коры и мантии. Если в коре эти волны распространяются со скоростью меньшей чем 6,5 км/сек, то в промежуточном слое она больше 8,0 км/сек.

После многих исследований и сопоставления точек зрения ученые пришли в принципе к двум мнениям:

1. Изменение скорости распространения сейсмических волн вызывается разным химическим, а потому и минералогическим составом. Это значит, что над и под разделом находятся горные породы с разным химическим составом и, следовательно, разной минералогией.
2. Другая теория говорит о том, что изменение физических свойств вызывается только изменением в минералогическом составе горных веществ.  Это значит, что химический состав одинаков, а изменения в минералогическом составе вызваны повышенным давлением и температурой.
   Сегодня считается, что главной причиной изменения скорости распространения сейсмических волн на границе между земной корой и мантией является химический состав, то есть ученые склоняются к правильности первого объяснения.

Химические элементы и типы минералов

Больше чем на 99 % земная кора состоит из соединения кислорода с одним из элементов образуя оксиды. Основные оксиды:  кремнезём (SiO₂), глинозём (Al₂O₃), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO),  магния (MgO), оксид натрия (Na₂O) и  калия (K₂O). Из этих оксидов состоит различного типа породы.

Земная кора на 90 % состоит из магматических и метаморфических горных пород. Только 10 % представляют осадочные образованные в результате отложений.

Разница между химическим и минералогическим составом горных пород видна на примере базальта. Это твердая горная порода с вкраплениями больших или меньших кристаллов зеленого минерала — оливина или коричневатых кристаллов пироксена в мелкозернистую материю, окружающую эти частички. Специалисты науки о Земле петрологи или минералоги обнаружат под микроскопом еще шпат-плагиоклаз, более мелкие кристаллики оливина и пироксена, кусочки магнетита или ильменита, а также куски некристаллизованной твердой материи — стекла. На этом минералогическое описание горной породы заканчивается, этим определен ее минералогический состав.

Габбро

Составные части горной породы габбро  представляют полевые шпаты, пироксен и амфибол. Так, габбро  кристаллизовалась внутри земной коры,  при температуре 800 Цельсия и на глубине около 10 километров.

Базальт

Если составными частями породы являются оливин, пироксен и полевые шпаты, состав будет весьма тонкозернистым, а если обнаружится присутствие стекла, тогда это будет базальт. Базальт кристаллизовался на поверхности Земли или вблизи нее при температуре, превышавшей 1200 Цельсия.

Эклогит

Если присутствует гранат и клинопироксен, то горная порода такого химического состава называется эклогит. В небольшом количестве  может содержать кианит, бронзит, калиевый полевой шпат, плагиоклаз, амфибол. Эклогит образовался при высоком давлении и температуре 500—750 °C.

Горная порода эклогит кристаллизуется при температуре в диапазоне от 400 до 1200 Цельсия, однако давление при кристаллизации должно быть большим и соответствовать глубине не менее 20 километров.

Именно такие различия в минералогическом составе могут информировать ученого о том, в какой среде вещества возникли и кристаллизовались.

Наука петрография изучает земную кору и её скальную основу, а характерные черты наносят на геологические карты, на которых можно видеть, какие  породы встречаются в данном месте на поверхности планеты. Если собрать геологические карты всего исследованного до сих пор мира и сложить все территории, образованные отдельными типами горных пород, например, песчаниками, сланцами, гранитами или базальтами, можно получить средний минералогическо-петрографический состав верхнего слоя земной коры.  Слово верхний здесь совершено уместно, поскольку глубоко под поверхность человек не смог пробраться.  В среднем поверхность Земли образована девятью основными окислами. Это касается горных пород образующих поверхность материков.

Океанская внешняя твёрдая оболочка

Иное положение будет при создании  породы, образующей океанскую земную кору. И хотя океаны занимают в два раза большую поверхность, чем материки, разнообразие пород, образующих океанское дно, значительно меньше. За небольшим исключением горные породы, образующие океанское дно, повсюду одинаковы. Под тонким слоем осадочных пород на дне океанов встречаются монотонные, неинтересные базальты. Базальт из Индийского океана не отличить от поднятого со дна Атлантического или Тихого океана. На основании данных, полученных при бурении океанского дна, и измерений, проводимых океанографическими кораблями, известно, что под слоем базальтов в океанах лежит еще один слой горных пород, характер которых нам еще неизвестен. В вулканических породах, проходящих через земную кору, содержатся и такие породы, которые происходят или из мантии, или из нижнего слоя коры.

Строение океанической коры гораздо проще, чем материковой. Под тонким слоем осадочных пород на океанском дне лежит слой базальтовых пород, который тоже невелик (по данным геофизиков, от сотен метров до одного километра). Под этим слоем лежат породы ультрамафического характера, что означает низкое содержание кремния и высокое содержание магния и железа, которые образуют нижнюю часть твердой оболочки океанов.

Физические свойства

Но вернемся на материки. Именно там зарегистрирована вся история происхождения Земли и скрыты тайны, которые еще надо расшифровать.
Так, геофизики обнаружили, что физические свойства нижней части континентальной твердой оболочки (например, в том, что касается скорости распространения сейсмических волн, электропроводности и других) отличаются от горных пород ее верхней части.

Даже если эти породы подвергнуть большому давлению и воздействию высокой температуры, соответствующими данной глубине, все равно они не имеют необходимых свойств.

Еще больше осложняет положение тот факт, что на глубине 10-15 километров меняется скорость распространения сейсмических волн. Поскольку базальтовые породы преобладают, считается, что нижняя часть земной коры состоит из базальтов, хотя в условиях высокой температуры и давления эти породы не могут иметь минералогический состав базальта.

Часто нижний слой материковой коры сравнивается с корой океанов. При более подробном изучении земной коры ученые приходят к выводу, что существует разница в составе земной коры между более молодыми в геологическом отношении областями, то есть областями, возникшими в течение последних 600 миллионов лет, и более старыми (например, области щитов и платформ).

Там, где земная кора очень древняя (щиты), она обычно не бывает толстой и достигает в среднем 35 километров, тогда как в местах недавней горнообразующей деятельности, в местах сегодняшних складчатых гор, кора достигает большой толщины, часто более 50 километров, а в некоторых местах южноамериканских Анд — даже 75 километров.

При сравнении физических и химических свойств земной коры континентов и океанского дна обнаруживается, что это разные геологические единицы. Оболочка материков и океанов отличается строением, химическим и минералогическим составом. Но, тем не менее земная кора состоит больше чем наполовину из кислорода, имеет толщину в среднем несколько десятков км и составляет менее 0,5 % массы Земли.