Строение и геологическая история развития земной коры

0
428
Структура земной коры

Возраст Земли сейчас определен довольно точно — свыше 4,5 млрд. лет. Из этого огромного отрезка времени сравнительно хорошо изучена история развития земной коры за последние 500—600 млн. лет. Вопрос об истории Земли за 4 млрд. лет, предшествовавших этому последнему, если так можно выразиться, «историческому» этапу, остается еще неразрешенным.

Сейчас общепризнано мнение о концентрически слоистом строении земного шара. Эта идея давно была высказана и частично обоснована учеными. Геофизики, в основном с помощью сейсмического метода, определили общий характер строения земного шара как сложной системы, состоящей из целого ряда оболочек, главные из которых: земная кора, мантия, земное ядро, причем фазовое состояние этих оболочек различно (здесь не рассматриваются две верхние оболочки: атмосфера и гидросфера, представляющие самостоятельный интерес).

Мантия. Вглубь от астеносферы

Земная кора отделяется от мантии резкой сейсмической границей, названной границей Мохоровичича, по имени известного югославского сейсмолога. Ее часто для краткости называют границей Мохо. На этой границе скорость прохождения сейсмических волн резко скачкообразно меняется в сторону увеличения.

Мантия представляет собой сложную систему, которая в свою очередь разделяется на ряд оболочек, где в той или иной степени меняются скорости сейсмических волн. На этом основании выделяют подкоровую зону, продолжавшуюся от границы Мохо до глубины около 350 км, верхнюю мантию, прослеживаемую от глубин 350 до 700—800 км, нижнюю мантию, фиксируемую до глубины 2900 м. В центре Земли располагается ядро. Граница между нижней мантией и ядром была установлена еще в 1914 г. немецким сейсмологом Гутенбергом.

По особенностям прохождения различных сейсмических волн ядро Земли можно разделить на внешнюю — жидкую часть и внутреннюю — твердую.

Земная кора представляет собой далеко неоднородную оболочку. Различают более плотную базальтовую ее часть, непрерывно покрывающую весь земной шар, и гранитную — более легкую, слагающую в какой-то части только ее континенты. Граница, отделяющая эти два слоя, носит имя геофизика Конрада. Следует, однако, сказать, что в противоположность границе Мохо, граница Конрада прослеживается далеко не везде и не так четко. Граница Мохо, например, проходит под океанами на глубине всего 5—10 км, а под континентами, в силу их сложного строения,—- на глубине от 15 до 70 км.

Состояние вещества, слагающего земной шар, характеризуется двумя основными факторами: давлением и температурой. Первый определяет плотность вещества, второй — его физическое состояние (газообразное, жидкое, твердое).

Поведение температуры в значительной степени определяется давлением или, точнее, взаимоотношениями, возникающими при определенных соотношениях температуры, давления и плотности вещества. В качестве основных температурных реперов принято считать температуру верхних частей подкоровой оболочки, где она не может быть ниже 1200°, т. е. ниже температуры плавления базальтов, и температуру, характерную для границы смены нижней мантии жидким веществом ядра, где, по теоретическим расчетам, ее считают равной 4600°.

Верхняя зона верхней мантии называется астеносферой. В этой оболочке вещество находится в вязком подвижном состоянии. С глубины 250 км идет постепенное отвердение вещества Земли. На глубинах ниже 350 км происходит скачкообразно фазовый переход оливинового вещества в шпинелевые минеральные разности. С глубины 700 км осуществляется второй, чрезвычайно важный фазовый переход, с образованием сверхплотных окислов силиция, алюминия, железа, на которые распадается вещество мантии. С этой глубины и до внешней оболочки земного ядра, т. е. до 2900 км, земное вещество находится в твердом состоянии. Таковы в самых общих чертах представления о строении и составе земного шара в целом. Наши знания в этой области еще довольно несовершенны и фрагментарны. Земная кора изучена значительно лучше, и геологическая наука в ее изучении достигла значительных успехов.

Структурные элементы земной коры

Основной метод познания строения и состава земной коры — историко-геологический. С его помощью удалось расчленить земную кору па ряд основных структурных элементов.

Среди главных геологических структур, слагающих земную кору, выделяются:

  • щиты;
  • древние платформы;
  • подвижные платформы или плиты;
  • складчатые области;
  • океанические впадины.

Геологическое строение каждой из них своеобразно, не похоже одно на другое.

Строение земной коры
Структура земной коры (красным обозначена мантия)

Условия и время образования океанических впадин остаются еще далеко не ясными и спорными. Многие геологи считают эти впадины молодыми образованиями, сформировавшимися в последний «исторический» этап развития Земли, который называют фанерозой. В пользу такого предположения свидетельствуют небольшая мощность и чрезвычайно простой состав и строение земной коры, слагающей дно океана. Новый взгляд на образование океанических впадин высказывают сторонники «глобальной тектоники».

Континентальные части земной коры поражают нас сложностью своего строения и составом пород или, точнее, парагенетических комплексов пород.

Древние платформы представляют собой основные части континентов. В их строении всегда можно выделить два структурных этажа, формирование которых разделено большим перерывом. Один из них — фундамент платформы. Он образовался в самые древние этапы развития Земли (архей, нижний протерозой). Сложен он кристаллическими, нацело измененными, собранными в сложнейшую систему складок, породами. Фундамент перекрыт осадочным плащом, состоящим из почти горизонтально лежащих различных как по возрасту, так и составу осадочных пород.

Подвижные платформы имеют более сложное строение. Их фундамент сложен складчатыми, различной степени изменения породами, сформированными в различные эпохи консолидации:

  • байкальской;
  • раннекаледонской;
  • позднекаледонской;
  • герцинской;
  • альпийской.

Осадочный чехол имеет и более сложные строения и состав, чем у древней платформы. Мощность земной коры на платформах подвижных больше, чем на древних.

Складчатые области характерны особенно сложным строением и наибольшей мощностью земной коры. Это обусловлено сложнейшими геологическими процессами, происходившими в их пределах в течение всей «исторической» жизни Земли. В каждый геосинклинальный этап развития такой области различают две стадии. Первая стадия (геосинклинальная) состоит в опускании геосинклинальной депрессии, последующем выделением отдельных, вытянутых в одном каком-либо направлении впадин и относительных поднятий. Последнее фиксируется резким различием в мощностях синхронных отложений, меньшим в 3—4 раза на поднятиях, по сравнению с геосинклинальными трогами, в которых мощность вулкано-генно-осадочных отложений часто достигает свыше 20 км. Вторая стадия (орогенная) характеризуется общим поднятием подвижной области, сопровождаемым интенсивной складчатостью, проявлением разломов, формированием в пределах геосинклинальных впадин сииклинориев, в пределах поднятий — антиклинориев. На этой стадии часто образуются грубокластические и эффузивные толщи. Интересен процесс формирования пород: если на платформах особенности состава пород осадочного чехла (в общем плане) характеризуются прежде всего поверхностными процессами, то в геосинклинальных областях таким определяющим фактором является вулканическая деятельность.

Эволюция магматизма в геосинклинальных областях сказывается в смене основных пород более кислыми, в развитии интрузивных или глубинных магматических пород гранитоидного состава в орогенную стадию развития складчатой области. Изменение магматических проявлений определяет и специфические особенности металлогении складчатых областей, различной в разные стадии их развития.

Кроме геосинклинального и платформенного этапов развития континентальной земной коры выделяют еще субплатформенный этап. Его иногда называют ревивационным этапом или этапом оживления тектонической деятельности. По своему геологическому характеру он напоминает орогенную стадию геосинклинального этапа. В результате образуются наложенные структуры, происходит накопление кластогенных, часто красноцветных отложений, интенсивно развиваются специфические магматические проявления с образованием интрузивно-вулканических комплексов, обычно щелочного направления, сопровождаемые интенсивным проявлением сложной по своему составу рудоносности. Одновременно формируются сводовые и столовые горные сооружения и межгорные впадины, выполненные гетерогенным и разновозрастным комплексом горных пород. Простирание вновь образованных структур бывает и унаследованным, но чаще оно резко не согласуется с геоструктурным планом геологических структур, сформированных ранее.

В каждом из описанных выше основных геологических элементов, составляющих земную кору, имеется целый ряд более мелких структур, играющих, однако, огромную роль в геологической истории их развития. Так, в пределах древних платформ выделяют авлакогены, синеклизы и антеклизы.

Первые представляют собой, по существу, переходные структуры от платформ к складчатым областям. Это обычно удлиненные глубокие впадины, рассекающие на огромных пространствах платформы. Мощность осадочного чехла в них составляет свыше 15 тыс. м, для них характерна валообразная складчатость, проявление магматической деятельности. Примером такой структуры в Сибири может служить Верхоянье, отчасти Енисейский и Таймырский кряжи.

Синеклизы — это изоморфные крупные впадины в пределах платформы. В качестве примера их можно указать на Тунгусскую синеклизу.

Антеклизы — вытянутые или изоморфные поднятия фундамента древней платформы с резко сокращенной мощностью осадочного чехла. Целый ряд таких поднятий встречается в центральной части Сибирской платформы.

В складчатых областях основными геологическими структурами являются срединные массивы, антиклинории и синклинории.

Срединные массивы по характеру своего строения весьма близко напоминают древние платформы, отличаясь от последних меньшими размерами и большой раздробленностью.

Антиклинории и синклинории — это сложно построенные складчатые сооружения, образовавшиеся за счет консолидации и поднятия ранее существовавших в пределах геосинклинальной области внутренних геосинклиналей и внутренних геоантиклиналей.

Формирование указанных выше структур определяется вертикальными движениями земной коры, каждая из них отделена от смежной разломами. Особенно интенсивное проявление глубинных разломов, т. е. доходящих до верхней мантии, характерно для внутренних геосинклиналей, их называют эвгеосинклиналями. В складчатых областях в связи с этим преобладающая роль в образовании пород и рудных концентраций принадлежит проявлениям глубинной или поверхностной магматической деятельности.

Закономерности развития земного шара

Вскрывая физико-химические законы и закономерности развития земного шара и его оболочек, всегда необходимо учитывать огромные интервалы времени и специфические особенности и направленность эволюционного развития геологических структур. Можно высказать предположение, что такие законы возникают в результате сложных взаимоотношений внутри Земли и космических закономерностей, приводящих в конечном счете к постоянному расширению земного шара. Оно происходит далеко не всегда равномерно: более спокойные эпохи сменяются более бурными и более напряженными этапами развития. Геологи назвали их эпохами складчатости, выделив за исторический (фанерозойский) интервал три такие крупные эпохи: каледонскую, проявившуюся в конце протерозоя и в начале палеозоя, герцинскую, имевшую место в конце палеозоя, и альпийскую, начавшуюся в конце мезозоя и закончившуюся уже в недавнем прошлом (несколько миллионов лет назад).

Планета Земля в разрезе

В современной геологии разрабатываются идеи о глыбовом, плитном строении и земной коры, и верхней мантии — всего того верхнего интервала Земли, который находится в твердом состоянии, т. е. до глубины 70—80 км. В результате постоянного расширения Земли в ее коре возникают крупнейшие разломы, достигающие верхов верхней мантии — его жидкого слоя, находящегося в интервалах глубин 70—250 км и позволяющего проникнуть этому веществу в более верхние оболочки, создавая там значительные очаги жидкой магмы. Формирование таких глубинных разломов обычно происходит унаследованно или в пределах океанического дна, или в пределах мобильных участков континентов.

Многие геологи вернулись к старой теории о скольжении материков, разработанной некогда геологом Вегенером. Сейчас высказываются взгляды о движении материков, приводящих к образованию крупнейших разломов, обусловливающих в свою очередь внедрение вещества из более глубоких оболочек Земли и как бы раздвигание, раскол материков и их боковые перемещения по вязкому слою астеносферы. Вопрос этот остается еще крайне спорным, но, безусловно, весьма интересным и перспективным.

Возвращаясь снова к изложению представлений о составе и строении земной коры, нам представляется, что ее формирование было сложным и в то же время целенаправленным процессом.

В архейский этап земная кора развивалась по типу, характерному для ранних стадий становления геосинклиналей с преобладанием основных магматических пород и нуклеарным зарождением участков, сложенных более кислыми гранитоидными породами. В эту древнейшую, но наиболее продолжительную по времени, эру развития Земли строгого разделения ее на совершенно различные структуры не было. Это, если можно так выразиться, был субгеосинклинальный этап развития земной коры в целом. Ее дифференциация была обусловлена двумя могучими факторами — метасоматозом и зарождением примитивных геосинклиналей, приуроченных к зонам разломов. В формировании земной коры большая роль принадлежит щелочному метасоматозу и значительно меньшая — частичному или полному переплавлению и перерождению (гранитизации) ранее образовавшихся, главным образом, основных пород.

Вопрос о механизме образования гранитов, т. е. о метасоматической или магматической их природе, обсуждается в геологической науке в течение многих десятилетий и до сих пор остается спорным. Ясно пока одно: в среднепротерозойское и более позднее время образование гранитов являлось вторичным процессом, переплавливанием ранее образовавшихся гранитов или песчано-глинистых пород, оказавшихся в условиях, где температура была не ниже 700°, давление около 2000 бар и в породах было достаточно воды, чтобы формировались именно граниты. В эпохи складчатости фанерозоя образование гранитов локализовалось в пределах геосинклинальных областей и происходило в орогенные стадии их развития.

Древние геосинклинали возникли, очевидно, в разные времена. Эпоха от верхов нижнего протерозоя до начала верхнего, охватившая огромный временной интервал (свыше 1 млрд. лет), характеризовалась совершенно своеобразным платформенным режимом с интенсивным развитием не только механического, но и химического выветривания (в Сибири — серии тепторгинская и другие).

Механическое и химическое выветривание

Главными агентами геологических процессов стали те, которые зависят от энергии Солнца. Земля в это время имела достаточно мощную атмосферу. Ее состав остается пока неясным, но можно сказать, что он не мешал процессам механического и химического выветривания, осуществлявшимся в огромных масштабах на Земле, что подтверждается наличием мощных кластогенных толщ, а также толщ, формирование которых было обусловлено химическим выветриванием. Сходство переотложенного материала древних кор выветривания и аналогичного материала, но сформировавшегося уже в различные эпохи фанерозоя, позволяет, хотя и условно, говорить о сходстве древнего выветривания с более поздним.

Коры выветривания — образования, оставшиеся на месте и обусловленные химическим выветриванием коренных горных пород под действием атмосферных агентов.

В профиле коры выветривания различают три зоны:

  1. дезинтеграции;
  2. выщелачивания;
  3. гидратации.

В принципе процесс химического выветривания сводится к преобразованию кристаллических пород в глинистые агрегаты, причем характерные особенности профиля выветривания определяются составом выветривающихся пород и климатом. В самом общем виде этот процесс сводится к выносу из минералов щелочных и щелочноземельных элементов и замещения их гидроксильной группой. Конечным продуктом химического выветривания являются каолинит и окислы железа, при определенных условиях происходит полный распад алюмосиликатов с образованием гидроокислов наиболее стойких элементов: алюминия, железа, титана.

Обычно в эпохи интенсивного выветривания и образования мощных кор выветривания в близко расположенных к ним континентальных осадках — делювиальных (склоновых), речных, озерных, озерно-болотных, прибрежных — образуются залежи каолинита, тугоплавких и огнеупорных глин, чистых кварцевых песков, иногда содержащих россыпи ценных минералов и металлов. При особо благоприятных условиях или на закарстованном карбонатном ложе, или в ложбинах, логах, оврагах, или в озерно-болотных местностях, т. е. в условиях особо благоприятного дренажа, а также благоприятного малокремнистого субстрата (коренных пород), происходит образование осадочных залежей бокситов.

ВАШЕ МНЕНИЕ?

Пожалуйста, напишите свой комментарий!
Please enter your name here