Состав и структура литосферы Геосферы концентрические сплошные

Состав и структура литосферы

Геосферы концентрические, сплошные или прерывистые оболочки Земли, различающиеся между собой по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам, возникшие в результате дифференциации вещества Земли под действием ее гравитационного поля в условиях разогрева земных недр: ядро Земли, мантия Земли, земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера, биосфера. Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород.

Земная кора тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40 80 км, под океанами — 5 10 км и составляет всего около 1 % массы Земли. Земная кора состоит из структурных элементов (участков), которые отличаются составом, интенсивностью движения. Вся эта неоднородность обеспечивается магмой.

Рис. 1. Схема расположения литосферных плит. Стрелки указывают направления относительного движения плит: 1– 2 — конструктивные границы плит: 1– срединно океанические хребты, 2– рифты континентов, 3– зоны

Один из основных аспектов изучения земной коры – исследование ее вещественного состава, который, несмотря на большое разнообразие, состоит из ограниченного набора химических элементов. Элементы, содержание которых составляют не менее десятых долей процента называют макроэлементами. В составе земной коры роль макроэлементов играют следующие: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg. Ti – в сумме они составляют 99, 48 %. Остальные элементы, на долю которых приходится около 0, 5% называются микроэлементами.

Геология – обширный раздел естествознания, объединяющий множество связанных между собой научных дисциплин. Среди них можно выделить науки, изучающие вещественный состав земной коры, геологические процессы, их историческую последовательность и др. В качестве наиболее значимых геологических наук можно назвать следующие:

Минералогия – наука о минералах, их составе, свойствах и происхождении Минерал шеелит

Кристаллография – наука о кристаллической структуре минералов, формах и свойствах кристаллов, процессах в кристаллической среде, взаимодействия между кристаллами и окружающим веществом Турмалин шерл

Петрография и литология – науки о горных породах, их составе и строении. С ними тесно связана петрология и седиментология.

Стратиграфия – изучает пространственное соотношение геологических тел в земной коре и последовательность их формирования во времени

Геоморфология – наука об образовании и развитии форм рельефа. Эта дисциплина рассматривается, как принадлежащая одновременно к числу и геологических, и географических наук.

Палеонтология – наука о развитии органического мира Земли в геологическом прошлом.

Практическое применение знаний о строении литосферы и процессах в ней происходящих 1. Поиски месторождений полезных ископаемых

Определение геологических условий при строительстве

Прогнозирование и редупреждение п опасностей, связанных с природными геологическими процессами

Изучение геологических аспектов устойчивости экологических систем

Формы нахождения химических элементов в земной коре разнообразны, но в основном они представлены в виде минералов. Минерал целестин

Минералы это достаточно устойчивые химические соединения и самородные элементы, имеющие строго конкретное, только им присущее внутреннее строение. Известно более 2500 минералов, а если учесть и их разновидности около 4000, однако только немногим больше 50 (до 1%) из них имеют породообразующее значение. Современная классификация минералов основывается на их составе и строении.

Барит (роза)

Примеры самородных элементов. Вверху: самородное серебро; внизу – самородный алмаз (модификация углерода)

Сульфиды – сернистые соединения металлов и полуметаллов Антимонит (сурьма Sb 2 S 3, содержащий 71, 38 % Sb, 28, 62 % S) Аурипигмент и реальгар Аурипигмент (от лат. aurum — золото, As 2 S 3, сульфид мышьяка) Пирит и сидерит

Сульфиды Кубическая форма кристалла пирита

Сульфаты – соли серной кислоты (Н 2 SO 4) Целестин (слева) и барит (справа)

Сульфаты Гипс

Галогениды – соединения галогенов (Cl, F, Br, J). Вверху – флюорит; внизу – галит.

Карбонаты Азурит (слева) и кальцит (справа)

Фосфаты – соли фосфорной кислоты. Из них самым широким распространением пользуется апатит.

Оксиды и гидроксиды Кварц (слева) и шпинель (справа)

Силикаты – соли кремниевой кислоты (H 4 Si. O 4) Микроклин (слева) и спессартин (справа).

В природных условиях часто наблюдается незакономерное срастание нескольких кристаллов друг с другом. Такие срастания называются минеральными агрегатами. Друзы кварца (слева) и пирита (справа)

Жеода, выполненная халцедоном и кварцем Пример строения жеоды

Почковидный агрегат гётита

Почковидные натечные агрегаты хризоколлы (слева) и малахита (справа).

Примазки и корочки малахита (зеленый) и азурита (синий).

Магматические горные породы образуются в результате застывания магматических расплавов. Мигматит

Магма (греч. месиво, густая мазь) представляет собой при родный, чаще всего силикатный, огненно жидкий расплав, воз никающий в коре или в верхней мантии и при остывании даю щий магматические горные породы. В зависимости от условий застывания различают интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся) магматические горные породы. ЛАВА (итал. lava, от лат. labes — обвал) — раскалённая (температура 690 1200°С) жидкая или очень вязкая масса частично или полностью расплавленных горных пород, излившаяся или выжатая на земную поверхность во время вулканического извержения. Отличается от магмы отсутствием ряда компонентов (в первую очередь, воды и других летучих), некоторыми геологическими и физико химическими свойствами.

При извержении вулкана выделяются различные продукты вулканической деятельности, которые могут быть га зообразными, жидкими и твердыми. Газообразные продукты извержения или фумаролы со стоят из: • водяных паров (75— 90%), • диоксида углерода (CO 2), • азота (N 2), • диоксида серы (SO 2), • оксида серы (SO), • газообразной серы (S 2), • водорода (H 2), • аммиака (NH 3) и т. д

Осадочные горные породы образуются на поверхности земли в результате экзогенных процессов. Алевролит

Осадочные горные породы образуются в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трёх процессов одновременно (песок, известняк, доломит и др. ). доломит

В зависимости от своего происхождения осадочные породы делятся на: • терригенные (обломочные), • хемогенные • органогенные. Терригенные (от лат. terra земля) породы это результат разрушения и преобразования горных пород суши. Они различаются по своему гранулометрическому (от лат. granulum зерно) составу.

Брекчия Конгломерат

толщи зеленовато серых глауконитовых песков

Лимонит

Хемогенные породы формируются в результате образования осадка при смене условий, например при высыхании водоёмов, вода которых была насыщена какими то минеральными веществами, скажем, солями. Так образуются эвапориты — осадки, возникшие при выпаривании со дна лагун и солёных озёр.

Ископаемые остатки организмов: раковина аммонита (слева), отпечаток лепидодендрона (справа).

Метаморфические породы образуются в результате преобразования осадочных и магматических пород Пегматит

Магматическая горная порода Метаморфическая порода

Осадочная горная порода Метаморфическая порода

Геологические процессы

Литосфера, атмосфера, гидросфера контактируют в зоне верхней границы земной коры, где вместе с биосферой формируют наиболее сложную и активную реакционную сферу Земли. В тектоносфере осуществляются процессы, создающие земную кору и изменяющие ее строение и состав. Эти процессы называются геологическими. Геологические процессы, энергетически связанные с тектоносферой, называют эндогенными (внутренними), с верхней реакционной сферой экзогенными (внешними).

Все экзогенные процессы осуществляются по схеме: разрушение → транспортировка → аккумуляция.

Основными экзогенными процессами являются: геологическая деятельность ветра, рек, дождевых, талых и подземных вод, морей, океанов, озер, болот, ледников, а также процессы, осуществляющиеся в мерзлых породах. В разрушительную стадию всех перечисленных процессов создается осадочный материал, который накапливается как на суше, так и в водоемах, причем в водоемах аккумулируется большая его часть. Осаждаясь на дне водоемов, осадочный материал формирует осадочную толщу. Это процесс осадконакопления, или седиментации.

Во многих местах коренные породы обнажаются на дневной поверхности. Оказавшись в поверхностной части земной коры, они попадают в совершенно иные физико химические условия, отличные от условий их формирования, и под влиянием внешних факторов начинают разрушаться. Этот процесс называется выветриванием. Выветривание (гипергенез) – это изменение горных пород любого состава и структуры, которое происходит в поверхностных условиях под совокупным действием физических, химических и биохимических процессов. В процессе выветривания возникают своеобразные образования, которые называются корой выветривания. Процессы выветривания являются основными в образовании осадочного материала и предшествуют возникновению осадочных горных пород. Под действием различного сочетания природных факторов возникает физическое, химическое и биохимическое выветривание.

Выветривание – это процесс разрушения и изменения горных пород и минералов на земной поверхности и вблизи от нее под действием солнечной радиации, воды, воздуха и жизнедеятельности организмов.

Физическое выветривание – это механическое измельчение горных пород и минералов на обломки различного размера без изменения химического состава. Оно происходит в результате суточных температурных контрастов, роста кристаллов солей, расклинивающего влияния замерзающей воды в трещинах и порах и корневой системы деревьев. В результате физического выветривания породы измельчаются и приобретают способность пропускать воду. При этом сильно увеличивается общая поверхность частиц, с которой соприкасаются вода и газы. Таким образом, создаются условия для химического и биологического выветривания.

Химическое выветривание происходит под совместным воздействием температуры и агрессивной воды, в которой находятся в растворенном состоянии различные элементы и химические соединения. Химическое выветривание включает процессы растворения, гидролиза, гидратации и окисления. В результате химического выветривания образуются вторичные минералы, т. е. новые соединения, отличающиеся по химическому составу от первичных минералов. Гидролиз – это химическое взаимодействие горных пород и минералов с водой. Гидратация – процесс присоединения молекул воды к минералам.

ДЕФЛЯЦИЯ — разрушительная деятельность ветра, выражающаяся в развевании и выдувании рыхлого (песчаного и алевролитового) материала. С дефляцией связано образование ребристых и сетчатых поверхностей (сотовое выветривание). Рельеф аккумулятивных пустынь также наполовину обязан своим существованием дефляции, так как аккумулятивные песчаные формы возникают за счет песка, выдутого с какой либо поверхности, на которой после выноса образуется углубление. Выдутый песок либо аккумулируется поблизости либо переносится на большие расстояния и может быть навеян на любой субстрат (напр. , на склоны гор в Кызылкумах). Одновременно с развеванием песка выносится содержащийся в песчаных толщах алеврит. Не находя условий для оседания в пустынях, он уносится за ее пределы и отлагается в предгорьях, давая материал для образования лёссов

Каменные грибы – результат эоловой денудации

Ниши выдувания

Каменные «грибы» пример геологической работы ветра

Барханная цепь

Пыльная буря

Геологическая деятельность поверхностных вод Во время движения поверхностные воды производят большую геологическую работу, которая проявляется в разрушении, переносе и отложении, или аккумуляция, переносимого материала на путях переноса. Чем больше масса воды и скорость течения, тем наибольший эффект ее деятельности. По характеру и результатам деятельности можно выделить три вида поверхностного стока вод: плоскостной безрусловой склоновый сток; сток временных русловых потоков; сток постоянных водотоков – рек.

В результате деятельности временных водных потоков формируется пролювий

Отложения, образованные склоновым стоком, называются делювиальными отложениями или делювием (лат. «делюо» – смываю).

При отсутствии растительного покрова эрозионные процессы протекают интенсивнее

Реки поверхностные водотоки значительных размеро имеющие четко выраженное русло, сформированно самим потоком

Формирование меандров – поперечных изгибов русла

Меандры и старицы

Схема регрессивной эрозии при росте оврага

Аллювиальные отложения формируются постоянными (русловыми) водотоками

Окатанные валуны – результат деятельности постоянных водных потоков рек

Валуны и галька

Аллювий горной реки

Речная пойма

Речные террасы

Подземные воды – воды, находящиеся в толще земной коры. Форма нахождения их может быть жидкой, твердой и газообразной. Однако основную работу производит вода в жидком состоянии.

Наиболее масштабные проявления геологической деятельности подземных вод связаны с карстовыми процессами. Карст – процесс растворения или выщелачивания трещиноватых растворимых горных пород подземными и поверхностными водами, в результате которого образуются как отрицательные формы рельефа на поверхности Земли, так и различные полости, каналы и пещеры в глубине.

К растворимым породам относятся соли, гипс, известняк, доломит, мел. В соответствии с этим различают соляной, гипсовый и карбонатный карст. Наиболее изучен карбонатный карст, что связано со значительным площадным распространением известняков, доломитов, мела.

Карстовая пещера

Абразия – разрушение берегов водоемов в результате волноприбойной деятельности

Абразионный останец

Абразионный уступ

Десерпция медленное смещение или сползание рыхлых образований вниз по склону из за колебаний объёма отложений при постоянном воздействии силы тяжести.

Десерпций

ОТСЁДАНИЕ СКЛОНОВ — отделение от склонов по трещинам отседания или трещинам бортового отпора блоков п. , которые, постепенно расширяясь, приводят к неустойчивости блоков и их падению. Этот процесс имеет большое значение в возникновении обвала.

Ледниками называют естественные скопления масс движущегося льда, образующиеся на суше в результате накопления и преобразования твердых атмосферных осадков.

Ледник Абрамова.

Ледниковый рельеф

Водноледниковые процессы – связанные с деятельностью талых вод ледникового происхождения

Современный ледник на территории Гренландии

Морозобойные трещины

Музей многолетней мерзлоты

Проявление криогенных процессов в ландшафте

Подземный лед

Солифлюкция вязко пластическое течение увлажнённых тонкодисперсных грунтов на склонах, развивающееся в процессе их промерзания и протаивания. Скорости течения обычно измеряются несколькими см в год; иногда, при быстрых, катастрофических сплывах, доходят до сотен м/ч. Причина развития — снижение устойчивости грунтов на склонах при сильном увлажнении талыми и дождевыми водами и уменьшении их прочности в результате промерзания —протаивания. Солифлюкция распространена главным образом в области развития многолетнемёрзлых горных пород и локально — в области сезонного промерзания.

К каменным глетчерам относят лопастевидные и языкообразные образования, состоящие из мерзлого щебня и глыб, сцементированных льдом, и включающие ледяные линзы или ядра льда. Каменные глетчеры разделяют на две основные морфогенетические группы с разными источниками питания: 1) формирующиеся непосредственно у подножия крутых обнаженных склонов (присклоновые); 2) являющиеся продолжением ледников.

Экзарация (от позднелат. exaratio — выпахивание), ледниковое выпахивание, разрушение ледником горных пород, слагающих ложе ледника, и удаление продуктов разрушения (отторженцев, валунов, гальки, песка, глины и др. ) движущимся ледником. В результате экзарации возникают троги, озёрные котловины, "бараньи лбы", "курчавые скалы", ледниковые шрамы, штриховка. Наряду с разрушением горных пород происходит их сглаживание, полировка и шлифовка. Плакинг (plucking) — ледниковое выпахивание, ледниковое выпахивание с отщеплением осколков скал.

Море на ледниковые отложения, образовавшиеся в результате накопления обломочного (моренного) материала в теле ледника в процессе его движения, выпахивания ложа и последующего таяния. Отложенные морены состоят из скопления обломочного материала (от суглинков до крупных валунников), оставленного ледником после его отступания. В совокупности отложенные морены слагают равнинный аккумулятивный рельеф в области стаивания ледника: холмисто западинный, образованный основной мореной, увалистые, волнистые или ровные поверхности.

Суффозия (от лат. suffossio — подкапывание, подрывание), выщелачивание, вынос мелких минеральных частиц и растворимых веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород. Суффозия приводит к нарушению микроагрегатной структуры грунтов; вызывает оседание всей вышележащей толщи с образованием на земной поверхности мелких и крупных замкнутых понижений (микрозападин, блюдец, западин, воронок, падин) диаметром до 10, редко до 100— 500 м.

Эндогенные процессы, охватывающие тектоносферу, часто именуются тектоническими. Тектонические процессы связаны с внутренней активностью Земли. Их движущей силой является огненно жидкий расплав магма. Этот поток материи и тепла, периодически устремляющийся к поверхности из недр планеты, обеспечивает геологический процесс, называемый магматизмом.

В результате застывания магмы на глубине (интрузивный магматизм) возникают интрузивные тела батолиты, штоки, пластовые интрузии, дайки и т. д. Застывшая на поверхности Земли магма образует лавовые потоки и покровы. Это эффузивный тип магматизма. Современный эффузивный магматизм именуют вулканизмом

Вулканология – наука о деятельности вулканов, продуктах вулканических извержений, формировании вулканических горных пород

Извержение вулкана

Извержение вулкана на Камчатке

Застывающая лава