Pagrindiniai žemės plutos cheminiai elementai. Žemės plutos sandara ir sudėtis

Tiems, kurie mokykloje įdėmiai neklausė mokytojo, bus įdomu žinoti, kad pagrindinis elementas, sudarantis žemės plutą, yra deguonis.

Žemės pluta, jos ypatybės

Ką daryti dėl šios stichinės nelaimės?

Neįmanoma išvengti žemės drebėjimo. Jėgos, išprovokuojančios šią nelaimę, yra už žmogaus valios, nes jų šaltinis slypi daug giliau, nei žmonija sugebėjo prasiskverbti. Mes tik „renkame“ viršutinį sluoksnį (kol kas 13 kilometrų atstumu), tuo metu, kai giliausia užfiksuota žemės drebėjimo epicentro vieta buvo 750 kilometrų.

Tačiau buvo daroma viskas, kad būtų galima numatyti galimą nelaimę, jos stiprumą ir vietą. Tam naudojami seismografai.

Nuolatiniai tyrimai leidžia susidaryti seismologinio aktyvumo vaizdą ir į tai atsižvelgti statybų metu. Inžinieriai savo ruožtu kuria naujus projektus, kurie gali atlaikyti tokią veiklą. Vyksta nuolatinis darbas informuojant gyventojus, kaip elgtis įvykus žemės drebėjimui.

Baisus reiškinys, kuris gali kilti dėl tokios nelaimės, yra cunamis. Taip 2011 metais milžiniškos vandenyno vandens bangos nusiaubė šiaurės rytų Japonijos žemes, dėl kurių žuvo apie 16 tūkstančių žmonių, visiškai ar iš dalies buvo sugriauta daugiau nei milijonas pastatų. Įskaitant tris Fukušimos-1 atominės elektrinės reaktorius. Daugiau nei trys šimtai tūkstančių žmonių liko be pastogės. Tas pats įvykis turėjo įtakos ir Žemės sukimosi greičiui, tačiau žmonėms tai sunkiai pastebima, nes diena sutrumpėjo tik 1,8 mikrosekundės. Taigi, palietę temą, kas yra pagrindinis elementas, sudarantis žemės plutą, perėjome prie problemų, kurios gali kilti dėl jos paslėptų procesų.

PAGRINDINĖS LITOSFEROS CHARAKTERISTIKOS

Litosferos susidarymas

Po to, kai prieš maždaug 4,6 milijardo metų planetos masė pasiekė apytiksliai savo šiuolaikinę vertę, prasidėjo jos savaiminis kaitimas. Buvo du šilumos šaltiniai – gravitacinis suspaudimas ir radioaktyvusis skilimas. Dėl to Žemės viduje pradėjo kilti temperatūra, prasidėjo metalų tirpimas. Mantija susidarė dėl pirminės medžiagos diferenciacijos pagal tankį. Geležis ir nikelis, nuskendę, susikaupė šerdyje, o mantijoje susikaupė palyginti lengva medžiaga pirolitas. Mantijos materijos diferenciacijos procesas tęsiasi iki šiol.

Žemės sandara

Šiuolaikinėmis techninėmis priemonėmis negalime tiesiogiai stebėti ir tirti giliųjų Žemės sluoksnių. Giliausias gręžinys Žemėje nesiekia 8 km Gilesni sluoksniai tiriami netiesioginiais geofiziniais metodais, kuriais remiantis galima statyti tik hipotezes. Svarbiausias yra seisminis metodas, kuris, remiantis žemės drebėjimo ar dirbtinių sprogimų sukeltu tampriųjų bangų sklidimo greičiu Žemėje, leidžia spręsti apie įvairiuose gyliuose išsidėsčiusios medžiagos elastines savybes. Taigi, remiantis daugybe matavimų, nustatyta, kad seisminių bangų sklidimo greitis tam tikruose gyliuose kinta staigiai. Tai visų pirma lemia staigus Žemės sluoksnių tankio pasikeitimas (8.2.1 lentelė).

Pirmoji sekcijos zona, vadinama Mohorovičico zona, esantis vidutiniame 33 km gylyje , antrasis yra vidutiniškai 2900 km gylyje. Šios zonos padalija Žemę į tris pagrindinius sluoksnius: pluta, mantija ir šerdis(8.2.1 pav.).

Bark- viršutinis kietas Žemės uolienų apvalkalas. Pagal fizines savybes žievė skirstoma į tris sluoksnius: nuosėdos, granitas ir bazaltas(8.2.2 pav.) . Pagal storį ir struktūrą išskiriami du pagrindiniai plutos tipai: žemyninė ir vandenyninė.

8.2.1 pav. Žemės apvalkalai, išsiskiriantys seisminių bangų sklidimo greičiu

(Bogomolovas, Sudakova, 1971)

tarpinėje zonoje tarp jų yra pereinamojo tipo pluta. Žemyninės plutos vidutinis storis yra 35 km (kalnuotose šalyse iki 80 km) ir susideda iš trijų sluoksnių: nuosėdinių, kurių storis 0–15 km, granito, kurio vidutinis storis 10 km, ir bazalto, kurio vidutinis storis 20 km. Nuosėdas daugiausia sudaro molis, smėlis ir kalkakmeniai. Okeaninės plutos storis vidutiniškai siekia 5 km: nuosėdinis sluoksnis apie 1,5 km, granito sluoksnio nėra, o bazaltinio – apie 5 km. Granito ir bazalto pavadinimai jiems suteikti ne dėl mineraloginės sudėties, o todėl, kad seisminių bangų greitis šiuose sluoksniuose atitinka seisminių bangų greitį granite ir bazalte.

8.2.2 pav. Žemės plutos struktūra: 1 – vandens, 2 – nuosėdų sluoksnis, 3 – granito sluoksnis,

4 – bazalto sluoksnis, 5 – mantija (Neklyukova, 1975)

Žemės plutos gyvenime vyksta nuolatiniai pokyčiai – formuojasi ir vystosi didelės įdubos ir pakilimai. Stabiliose vietovėse vadinamieji platforma, pakilimai ir duburiai matuojami šimtais kilometrų, o vertikalių judesių greitis – milimetro dalimis per metus. Mobiliajame, taip vadinama geosinklininis zonos, loviai ir pakilimai yra 50–100 km pailgos formos, o vertikalaus judėjimo greitis yra apie 1 cm per metus. Vertikalių judesių priežastis slypi Žemės mantijoje.

Mantija– Žemės apvalkalas, nuo plutos skiriasi daugiausia fiziniais parametrais. Jį sudaro magnio, geležies ir silicio oksidai, kurie sudaro magmą. Slėgis mantijoje didėja didėjant gyliui ir pasiekia 1,3 milijono atmosferų ties šerdies riba. Mantijos tankis padidėja nuo 3,5 viršutiniuose sluoksniuose iki 5,5 g/cm 3 ties šerdies riba. Mantijos medžiagos temperatūra atitinkamai pakyla nuo maždaug 500°C iki 3800°C. Nepaisant aukštos temperatūros, mantija yra kietos būsenos.

100–350 km gylyje, ypač 100–150 km, temperatūros ir slėgio derinys yra toks, kad medžiaga yra suminkštėjusi arba išlydyta. Šis lydymosi ir padidėjusio aktyvumo sluoksnis vadinamas astenosfera, Kartais - bangolaidis. Konvekcinės srovės sukuria horizontalias astenosferines sroves. Jų greitis siekia keliasdešimt centimetrų per metus. Šios srovės paskatino litosferos padalijimą į atskirus blokus ir jų horizontalų judėjimą, žinomą kaip žemynų dreifas. Astenosferoje yra vulkaninių židinių ir gilaus židinio žemės drebėjimų centrų.

Apatinė litosferos riba nubrėžta virš astenosferos. Žemės plutos gyvenimas, vertikalūs ir horizontalūs judesiai, vulkanizmas ir žemės drebėjimai yra glaudžiai susiję su viršutine mantija. Todėl litosferoje šiuolaikinis mokslas apima žemės plutą ir aukščiausią mantiją iki astenosferos, maždaug 100 km gylyje.

Mantija tęsiasi nuo žemės plutos iki 2900 km gylio, kur ribojasi su šerdimi, esančia Žemės viduryje.

8.2.1 lentelė – Geosferų gyliai ir pagrindinės savybės (Shubaev, 1979)

Šerdis- ne visai aiškios cheminės ir fizinės prigimties centrinė Žemės dalis. Nuo XX amžiaus pradžios. yra hipotezė, kad šerdyje 85–90% geležies; išorinėje skystoje šerdyje į jį pridedama deguonies, o vidinėje skystoje šerdyje - nikelio. Remiantis šiuolaikiniais duomenimis, silikato šerdies hipotezė turi daugiau šalininkų. Tačiau, nepaisant cheminių elementų sudėties, branduoliui dėl ypatingų fizinių sąlygų būdingas visiškas medžiagos cheminių savybių išsigimimas. Šerdies temperatūra yra apie 4000°C, slėgis Žemės centre – daugiau nei 3,5 milijono atmosferų. Tokiomis sąlygomis medžiaga pereina į vadinamąją metalinę fazę, suardomi atomų elektronų apvalkalai ir susidaro atskirų cheminių elementų elektroninė plazma. Medžiaga tampa tankesnė ir prisotinta laisvųjų elektronų. Didžiuliai laisvųjų elektronų žiediniai sūkuriai, kylantys šerdyje, tikriausiai sukuria nuolatinį Žemės magnetinį lauką, kuris keliais Žemės spinduliais nusidriekia į artimą Žemės erdvę. Magnetosferos susidarymas ir žemiškosios gamtos izoliacija nuo Saulės vainiko plazmos buvo pirmoji ir viena svarbiausių sąlygų gyvybei atsirasti, biosferos vystymuisi ir geografiniam apvalkalui susidaryti.

Išorinė šerdis yra skysta. Išorinės šerdies tankis viršutinėje dalyje yra apie 10,0 g/cm3 . Vidinė šerdis yra kieta, jos tankis siekia 13,7 g/cm3.

Žemės plutos cheminė sudėtis

Cheminių elementų pasiskirstymą žemės plutoje pirmasis kiekybiškai įvertino amerikiečių mokslininkas F.W. Klarkas. Jo garbei paprastai vadinama vidutine santykinio cheminio elemento kiekio žemės plutoje vertė Klarkas.

Visi žemės plutos elementai, atsižvelgiant į jų klarką, gali būti suskirstyti į dvi grupes:

1. Elementai su dideliais klarkais.Į šią grupę įeina (klarkos pateiktos pagal Vinogradovą, 1960):

Šių 8 elementų suma yra 99,03%. Tai pačiai grupei priklauso vandenilis (H – 0,1 %) ir titanas (Ti – 0,7 %). Šios grupės elementai sudaro nepriklausomus cheminius junginius, jie vadinami pagrindinis.

1. Elementai su žemu klarku. Šiai grupei priklauso visi kiti žemės plutos elementai, jie dažniausiai yra pasklidę tarp kitų elementų cheminių junginių, jie vadinami išsibarstę

Vidutinis cheminio elemento kiekis, lygus 0,1%, paprastai laikomas riba tarp grupių. Žemės plutoje vyrauja lengvieji atomai, užimantys pradines periodinės lentelės ląsteles, kurių branduoliuose yra nedaug protonų ir neutronų. Taip pat vyrauja elementai, turintys lyginį atominį skaičių ir atominę masę.

Žemės gelmėse vykstantys procesai įtakoja uolienų susidarymą, žemės drebėjimus ir ugnikalnių išsiveržimus, lėtas žemės paviršiaus ir jūros dugno vibracijas bei kitus Žemės paviršių transformuojančius reiškinius. Todėl tiriant geografinį apvalkalą būtina žinoti Žemės sandarą ir jos vidinių sluoksnių prigimtį.

Viršutinis uolinis Žemės apvalkalas – žemės pluta – sudarytas iš skirtingos sudėties ir kilmės uolienų. Bet kuri uoliena yra tam tikras mineralų derinys, kuris, savo ruožtu, yra cheminiai elementai arba natūralūs jų junginiai.

Taigi žemės plutos substancija, atsižvelgiant į jos organizuotumo laipsnį, sudaro hierarchinę seką: cheminis elementas - mineralas - uoliena. Būtent tokia seka toliau nagrinėjama žemės plutos materialinė sudėtis.

Patikimiausia informacija apie žemės plutos cheminę sudėtį yra jos viršutinė dalis (16-20 km gylyje), prieinama tiesioginiam tyrimui. Dar gana jaunas geochemijos mokslas nagrinėja cheminės sudėties problemas ir jos kitimo erdvėje ir laike dėsningumus.

Remiantis šiuolaikine geochemija, žemės plutoje yra 93 cheminiai elementai. Dauguma jų yra sudėtingi, tai yra, juos sudaro skirtingų izotopų mišinys. Tik 22 cheminiai elementai (pavyzdžiui, natris, manganas, fluoras, fosforas, auksas) neturi izotopų, todėl yra vadinami paprastaisiais.

Cheminiai elementai žemės plutoje pasiskirstę itin netolygiai.

Pirmuosius rimtus tyrimus apie cheminių elementų paplitimą atliko amerikiečių geochemikas F. Clarkas. Matematiškai apdorodamas 6000 savo žinioje esančių įvairių uolienų cheminių analizių rezultatus, F. Clarkas nustatė vidutinį 50 labiausiai paplitusių cheminių elementų kiekį žemės plutoje. 1889 m. pirmą kartą paskelbtus F. Clarko duomenis vėliau patikslino daugelis šalies ir užsienio tyrinėtojų: G. Washingtonas, V. Golschmidtas, G. Hevesi, V. Masonas, V. I. Vernadskis, A. E. Fersmanas, A. P. Vinogradovas. , A. A. Jaroševskis ir kt.

Kaip ypatingų F. Clarko nuopelnų geochemijos mokslui ženklas, vidutiniai cheminių elementų kiekiai žemės plutoje vadinami Clarksais ir išreiškiami svorio, atomo ar tūrio procentais. Dažniausiai ir dažniausiai naudojami elementų svoriai. Žemiau esančioje lentelėje pateikiami įvairių tyrinėtojų teigimu, dažniausiai pasitaikančių žemės plutos elementų klarkai.

Labiausiai paplitusių cheminių elementų žemės plutoje masė.

Pateikti duomenys rodo, kad pagrindiniai žemės plutos statybiniai elementai yra O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, sudarantys daugiau nei 98 % jos masės. Tarp jų pirmaujanti vieta priklauso deguoniui, kuris sudaro beveik pusę žemės plutos masės ir apie 92% jos tūrio. Remiantis vyraujančiais cheminiais elementais, žemės pluta kartais vadinama oksisfera, taip pat sialo apvalkalu.

Cheminių elementų paplitimas yra susijęs su jų padėtimi periodinėje lentelėje. Kaip pažymėjo D.I. Mendelejevas, dažniausiai žemės plutos elementai yra periodinės lentelės pradžioje. Didėjant serijos numeriui, elementų paplitimas mažėja netolygiai.

Taigi tarp pirmųjų 30 elementų klarkos retai nukrenta žemiau šimtosios procento dalies ir dažniau išreiškiamos dešimtosiomis ar net visais procentais. Likusiuose elementuose vyrauja mažos klarkės, kurios tik labai retai pakyla iki tūkstantųjų procentų.

Taigi žemės plutoje aiškiai vyrauja lengvieji elementai, o tai išskiria ją iš kitų vidinių geosferų, kurios yra skurdesnės šiais elementais ir prisotintos sunkiaisiais metalais. Ryšys tarp cheminių elementų klarkų ir jų padėties periodinėje lentelėje leidžia teigti, kad viena iš pagrindinių priežasčių, lemiančių skirtingą cheminių elementų gausą žemės plutoje, yra jų atomų branduolių sandara ir energetinis stabilumas.

Reikėtų pažymėti, kad mūsų idėjos apie cheminių elementų gausą ne visada sutampa su tikrosiomis jų klarko verčių vertėmis. Pavyzdžiui, tokie įprasti elementai kaip varis, cinkas ir švinas turi klarko vertes, kurios yra daug kartų mažesnės nei cirkonis ir vanadis, kurie laikomi retais. Šio neatitikimo priežastis – skirtingas cheminių elementų gebėjimas suformuoti reikšmingas koncentracijas žemės plutoje – nuosėdose. Šį gebėjimą lemia jų cheminės savybės, kurios priklauso nuo atomų išorinių elektronų apvalkalų struktūros, taip pat nuo žemės plutos termodinaminių sąlygų.

Žemės plutos cheminė sudėtis keičiasi bėgant geologiniam laikui, ir ši raida tęsiasi iki šiol. Pagrindinės cheminės sudėties pokyčių priežastys yra šios:

Radioaktyvaus skilimo procesai, vedantys į savaiminį

vienų cheminių elementų transformacija į kitus, stabilesnius žemės plutos sąlygomis. V. I. Vernadskio skaičiavimais, šiuolaikinėje epochoje tik dėl branduolinių transformacijų žemės plutos medžiagos kasmet atnaujina savo cheminę sudėtį;

Meteorinių medžiagų paėmimas meteoritų ir kosminių dulkių pavidalu (16 tūkst. tonų per metus);

Tęsiasi Žemės substancijos diferenciacijos procesai, lemiantys cheminių elementų migraciją iš vienos geosferos į kitą.

Žemės plutoje esančių cheminių elementų atomai tarpusavyje sudaro įvairius derinius, daugiausia cheminius junginius. Jų atsiradimo formos yra gana įvairios, tačiau pagrindinė cheminių elementų egzistavimo forma žemės plutoje yra mineralinė. Be to, kai kuriais atvejais jie sudaro nepriklausomas mineralines rūšis, kitais - priemaišų pavidalu patenka į kitų mineralų kristalines groteles.

Būdingas Žemės evoliucijos bruožas – materijos diferenciacija, kurios išraiška – mūsų planetos apvalkalo sandara. Litosfera, hidrosfera, atmosfera, biosfera sudaro pagrindinius Žemės apvalkalus, kurie skiriasi chemine sudėtimi, storiu ir medžiagos būkle.

Vidinė Žemės sandara

Žemės cheminė sudėtis(1 pav.) yra panaši į kitų antžeminių planetų, tokių kaip Venera ar Marsas, sudėtį.

Apskritai vyrauja tokie elementai kaip geležis, deguonis, silicis, magnis ir nikelis. Šviesių elementų kiekis yra mažas. Vidutinis Žemės medžiagos tankis yra 5,5 g/cm 3 .

Patikimų duomenų apie vidinę Žemės sandarą yra labai mažai. Pažiūrėkime į pav. 2. Jame pavaizduota vidinė Žemės sandara. Žemė susideda iš plutos, mantijos ir šerdies.

Ryžiai. 1. Žemės cheminė sudėtis

Ryžiai. 2. Vidinė Žemės sandara

Šerdis

Šerdis(3 pav.) yra Žemės centre, jo spindulys yra apie 3,5 tūkst. Šerdies temperatūra siekia 10 000 K, t.y. yra aukštesnė už išorinių Saulės sluoksnių temperatūrą, o jos tankis – 13 g/cm 3 (palyginkite: vanduo – 1 g/cm 3). Manoma, kad šerdį sudaro geležies ir nikelio lydiniai.

Išorinis Žemės šerdis yra storesnis nei vidinis (spindulys 2200 km) ir yra skystos (išlydytos) būsenos. Vidinė šerdis patiria didžiulį spaudimą. Jį sudarančios medžiagos yra kietos būsenos.

Mantija

Mantija- Žemės geosfera, kuri supa branduolį ir sudaro 83% mūsų planetos tūrio (žr. 3 pav.). Jo apatinė riba yra 2900 km gylyje. Mantija yra padalinta į mažiau tankią ir plastišką viršutinę dalį (800-900 km), iš kurios susidaro magma(išvertus iš graikų kalbos reiškia „tirštas tepalas“; tai yra išlydyta žemės vidaus medžiaga - specialios pusiau skystos būsenos cheminių junginių ir elementų, įskaitant dujas, mišinys); ir kristalinis apatinis, apie 2000 km storio.

Ryžiai. 3. Žemės sandara: šerdis, mantija ir pluta

Žemės pluta

Žemės pluta - išorinis litosferos apvalkalas (žr. 3 pav.). Jo tankis yra maždaug du kartus mažesnis už vidutinį Žemės tankį – 3 g/cm 3 .

Atskiria žemės plutą nuo mantijos Mohorovičių siena(dažnai vadinama Moho riba), kuriai būdingas staigus seisminių bangų greičių padidėjimas. Jį 1909 metais įrengė kroatų mokslininkas Andrejus Mohorovičius (1857- 1936).

Kadangi procesai, vykstantys viršutinėje mantijos dalyje, turi įtakos medžiagos judėjimui žemės plutoje, jie yra sujungti bendru pavadinimu litosfera(akmens apvalkalas). Litosferos storis svyruoja nuo 50 iki 200 km.

Žemiau yra litosfera astenosfera- mažiau kietas ir mažiau klampus, bet daugiau plastikinis apvalkalas, kurio temperatūra yra 1200 ° C. Jis gali kirsti Moho ribą, prasiskverbdamas į žemės plutą. Astenosfera yra vulkanizmo šaltinis. Jame yra išlydytos magmos kišenės, kuri prasiskverbia į žemės plutą arba išsilieja ant žemės paviršiaus.

Žemės plutos sudėtis ir struktūra

Palyginti su mantija ir šerdimi, žemės pluta yra labai plonas, kietas ir trapus sluoksnis. Jį sudaro lengvesnė medžiaga, kurioje šiuo metu yra apie 90 natūralių cheminių elementų. Šie elementai nėra vienodai atstovaujami žemės plutoje. Septyni elementai – deguonis, aliuminis, geležis, kalcis, natris, kalis ir magnis – sudaro 98% žemės plutos masės (žr. 5 pav.).

Savotiški cheminių elementų deriniai sudaro įvairias uolienas ir mineralus. Seniausi iš jų yra mažiausiai 4,5 milijardo metų amžiaus.

Ryžiai. 4. Žemės plutos sandara

Ryžiai. 5. Žemės plutos sudėtis

Mineralinis yra gana vienalytis savo sudėtimi ir savybėmis natūralus kūnas, susidaręs tiek litosferos gelmėse, tiek paviršiuje. Mineralų pavyzdžiai yra deimantas, kvarcas, gipsas, talkas ir kt. (Įvairių mineralų fizinių savybių charakteristikas rasite 2 priede.) Žemės mineralų sudėtis parodyta fig. 6.

Ryžiai. 6. Bendra mineralinė Žemės sudėtis

Uolos susideda iš mineralų. Jie gali būti sudaryti iš vieno ar kelių mineralų.

Nuosėdinės uolienos - molis, kalkakmenis, kreida, smiltainis ir kt. – susidarė iškritus medžiagoms vandens aplinkoje ir sausumoje. Jie guli sluoksniais. Geologai juos vadina Žemės istorijos puslapiais, nes jie gali sužinoti apie natūralias sąlygas, kurios egzistavo mūsų planetoje senovėje.

Tarp nuosėdinių uolienų išskiriamos organogeninės ir neorganogeninės (klastinės ir chemogeninės).

Organogeninis Uolos susidaro dėl gyvūnų ir augalų liekanų kaupimosi.

Klasikinės uolienos susidaro dėl oro sąlygų, vandens, ledo ar vėjo sunaikinimo anksčiau susidariusių uolienų sunaikinimo produktų (1 lentelė).

1 lentelė. Klastinės uolienos priklausomai nuo fragmentų dydžio

Chemogeninis Uolos susidaro dėl jose ištirpusių medžiagų nusodinimo iš jūrų ir ežerų vandenų.

Žemės plutos storyje susidaro magma magminės uolienos(7 pav.), pavyzdžiui, granitas ir bazaltas.

Nuosėdinės ir magminės uolienos, panardintos į didelį gylį, veikiant slėgiui ir aukštai temperatūrai, patiria reikšmingų pokyčių, virsta metamorfinės uolienos. Pavyzdžiui, kalkakmenis virsta marmuru, kvarcinis smiltainis – kvarcitu.

Žemės plutos struktūra suskirstyta į tris sluoksnius: nuosėdinį, granitinį ir bazaltinį.

Nuosėdinis sluoksnis(žr. 8 pav.) susidaro daugiausia dėl nuosėdinių uolienų. Čia vyrauja molis ir skalūnai, plačiai atstovaujamos smėlio, karbonatinės ir vulkaninės uolienos. Nuosėdiniame sluoksnyje yra tokių nuosėdų mineralai, kaip anglis, dujos, nafta. Visi jie yra organinės kilmės. Pavyzdžiui, anglys yra senovės augalų transformacijos produktas. Nuosėdinio sluoksnio storis labai įvairus – nuo ​​visiško nebuvimo kai kuriose sausumos vietose iki 20-25 km giliose įdubose.

Ryžiai. 7. Uolienų klasifikavimas pagal kilmę

"Granito" sluoksnis susideda iš metamorfinių ir magminių uolienų, savo savybėmis panašių į granitą. Čia labiausiai paplitę gneisai, granitai, kristalinės skaldos ir kt.. Granito sluoksnis randamas ne visur, tačiau žemynuose, kur jis gerai išreikštas, jo didžiausias storis gali siekti kelias dešimtis kilometrų.

"Bazalto" sluoksnis susidarė uolienos, artimos bazaltams. Tai metamorfinės magminės uolienos, tankesnės už „granito“ sluoksnio uolienas.

Skiriasi žemės plutos storis ir vertikali struktūra. Yra keletas žemės plutos tipų (8 pav.). Pagal paprasčiausią klasifikaciją išskiriama vandenyninė ir žemyninė pluta.

Žemyninės ir vandenyninės plutos storis skiriasi. Taigi didžiausias žemės plutos storis stebimas kalnų sistemose. Tai apie 70 km. Po lygumose žemės plutos storis siekia 30-40 km, o po vandenynais ji ploniausia – tik 5-10 km.

Ryžiai. 8. Žemės plutos rūšys: 1 - vanduo; 2- nuosėdinis sluoksnis; 3-nuosėdinių uolienų ir bazaltų tarpsluoksnis; 4 - bazaltai ir kristalinės ultrabazinės uolienos; 5 – granitinis-metamorfinis sluoksnis; 6 – granulitinis-mafinis sluoksnis; 7 - įprasta mantija; 8 - išspausta mantija

Uolienų sudėties skirtumas tarp žemyninės ir vandenyninės plutos pasireiškia tuo, kad vandenyno plutoje nėra granito sluoksnio. O okeaninės plutos bazaltinis sluoksnis labai savitas. Uolienų sudėtimi jis skiriasi nuo panašaus žemyninės plutos sluoksnio.

Riba tarp sausumos ir vandenyno (nulio žyma) nefiksuoja žemyninės plutos perėjimo į vandenyninę. Žemyninės plutos pakeitimas vandenynine pluta vyksta vandenyne maždaug 2450 m gylyje.

Ryžiai. 9. Žemyninės ir vandenyninės plutos sandara

Taip pat yra pereinamieji žemės plutos tipai – povandeninis ir subkontinentinis.

Subokeaninė pluta išsidėsčiusios palei žemynų šlaitus ir papėdės, galima rasti pakraščio ir Viduržemio jūrose. Jis atstovauja žemyninei plutai, kurios storis iki 15-20 km.

Subkontinentinė pluta esančios, pavyzdžiui, ugnikalnių salų lankuose.

Remiantis medžiagomis seisminis zondavimas - seisminių bangų praėjimo greitis - gauname duomenis apie giluminę žemės plutos struktūrą. Taigi Kola supergilus šulinys, pirmą kartą davęs galimybę pamatyti uolienų pavyzdžius iš daugiau nei 12 km gylio, atnešė daug netikėtų dalykų. Buvo manoma, kad 7 km gylyje turėtų prasidėti „bazalto“ sluoksnis. Realiai jis nebuvo atrastas, o tarp uolienų vyravo gneisai.

Žemės plutos temperatūros pokytis atsižvelgiant į gylį. Paviršinis žemės plutos sluoksnis turi temperatūrą, kurią lemia saulės šiluma. Tai heliometrinis sluoksnis(iš graikų helio – Saulė), patiria sezoninius temperatūros svyravimus. Vidutinis jo storis apie 30 m.

Žemiau yra dar plonesnis sluoksnis, kuriam būdinga pastovi temperatūra, atitinkanti vidutinę metinę stebėjimo aikštelės temperatūrą. Šio sluoksnio gylis didėja esant žemyniniam klimatui.

Dar giliau žemės plutoje yra geoterminis sluoksnis, kurio temperatūrą lemia vidinė Žemės šiluma ir didėja didėjant gyliui.

Temperatūra kyla daugiausia dėl radioaktyvių elementų, sudarančių uolienas, pirmiausia radžio ir urano, skilimo.

Uolienų temperatūros padidėjimo gyliui dydis vadinamas geoterminis gradientas. Jis kinta gana plačiame diapazone – nuo ​​0,1 iki 0,01 °C/m – ir priklauso nuo uolienų sudėties, jų atsiradimo sąlygų ir daugelio kitų veiksnių. Po vandenynais temperatūra didėja greičiau nei žemynuose. Vidutiniškai kas 100 m gylio pasidaro 3 °C šilčiau.

Geoterminio gradiento atvirkštinė vertė vadinama geoterminė stadija. Jis matuojamas m/°C.

Žemės plutos šiluma yra svarbus energijos šaltinis.

Žemės plutos dalis, besitęsianti iki geologiniams tyrinėjimams prieinamų gelmių žemės viduriai.Žemės vidus reikalauja ypatingos apsaugos ir protingo naudojimo.

Žemės cheminės ir mineralinės sudėties analizė turi didelį teorinį ir praktinį susidomėjimą: ji gali atskleisti daugybę mūsų planetos formavimosi ir evoliucijos paslapčių ir suteikti raktą į efektyvesnę mineralinių išteklių paiešką. Vidutinė Žemės sudėtis sprendžiama pagal medžiagą, iš kurios susideda meteoritai, nes manoma, kad būtent iš šios medžiagos kadaise atsirado Saulės sistemos planetos, įskaitant Žemę. Yra akmeninių (97,7% visų radinių), akmeninių-geležinių (1,3%) ir geležinių (5,6%) meteoritų. Jų cheminė analizė rodo, kad Žemės sudėtyje vyrauja geležis (30-36%), deguonis (29-31%), silicis (14-15%) ir magnis (13-16%). Be to, sieros, nikelio, aliuminio ir kalcio kiekis matuojamas procentų vienetais. Visų kitų elementų yra mažiau nei 1%.

Patikimiausia informacija apie viršutinės žemyninės plutos dalies cheminę sudėtį yra prieinama tiesioginiam stebėjimui ir analizei. Pirmuosius duomenis 1889 metais paskelbė amerikiečių mokslininkas F. Clarkas, kuris juos gavo kaip 6000 jo disponuojamų įvairių uolienų cheminės analizės rezultatų aritmetinius vidurkius. Vėliau šie duomenys buvo patikslinti. Šie aštuoni cheminiai elementai yra labiausiai paplitę žemės plutoje, iš viso sudaro daugiau nei 98% masės: deguonis (46,5%), silicis (25,7%), geležis (6,2%), kalcis (5,8%). magnio (3,2%), natrio (1,8%), kalio (1,3%). Dešimtosiose procentų dalyse žemės plutoje yra dar penki elementai: titanas (0,52%), anglis (0,46%), vandenilis (0,16%), manganas (0,12%), siera (0,11%). Visi kiti elementai sudaro apie 0,37%.

1924 metais norvegų tyrinėtojas V.M. Goldschmitas pasiūlė plačiai naudojamą ir šiuo metu geocheminę cheminių elementų klasifikaciją, suskirstydamas juos į keturias grupes:

• 0 siderofilų cheminių elementų grupei priklauso geležies šeimos elementai, platinos metalai, taip pat molibdenas ir renis (iš viso 11 elementų), kurie geocheminėmis savybėmis yra panašūs į geležį;
• 0 litofilinių elementų sudaro 53 elementų grupė, sudaranti didžiąją dalį žemės plutos (litosferos) mineralų: silicio, titano, cirkonio, fluoro, chloro, aliuminio, natrio, kalio, magnio, kalcio ir kt.;
• 0 chalkofilų cheminių elementų grupę sudaro siera, stibis, bismutas, arsenas, selenas, telūras ir nemažai sunkiųjų spalvotųjų metalų (vario ir kt.) – iš viso 19 elementų, linkusių susidaryti natūraliems sulfidams, selenidams. , telūridai, sulfosaltai ir kartais randami natūralioje būsenoje (auksas, sidabras, gyvsidabris, bismutas, arsenas ir kt.);

Atmofilinei grupei priklauso žemės atmosferai būdingi cheminiai elementai (azotas, vandenilis, inertinės dujos), kuriuose jie yra laisvų atomų ar molekulių pavidalu.

Žemės pluta sudaryta iš skirtingų uolienų grupių, kurios skiriasi formavimosi sąlygomis ir sudėtimi. Uolos yra mineraliniai agregatai, t.y. tam tikras mineralų derinys. Minervos yra natūralūs cheminiai junginiai arba vietiniai cheminiai elementai, atsiradę dėl tam tikrų fizinių ir cheminių procesų, vykstančių žemės plutoje ir jos paviršiuje. Dauguma mineralų yra kristalinės kietosios medžiagos, ir tik keli yra amorfiniai. Natūralių kristalų formos yra įvairios ir priklauso nuo taisyklingo mikrodalelių išsidėstymo erdvėje – atomų, jonų, kristalų struktūrą formuojančių molekulių ar jų kristalinės (erdvinės) gardelės. Šiai struktūrai susidaryti didelę reikšmę turi fizikinės, cheminės ir termodinaminės sąlygos. Taigi grafitas – minkščiausias (1 kietumo) mineralas – formuoja lentelės pavidalo kristalus, o deimantas – kiečiausias mineralas (10 kietumas) – turi tobuliausią kubinės simetrijos grupę. Šis savybių skirtumas atsiranda dėl atomų išsidėstymo kristalinėje gardelėje skirtumo.

Šiuo metu žinoma daugiau nei 2500 natūralių mineralų, neskaitant veislių, tačiau tik keli (apie 50) – uolienas formuojantys mineralai – dalyvauja formuojantis uolienoms, sudarančiomis žemės plutą. Likę mineralai uolienose yra nedidelių priemaišų pavidalu ir vadinami pagalbiniais mineralais. Mineralų klasifikacija grindžiama jų chemine sudėtimi ir kristalų struktūra. Pagrindiniai uolienų formavimo ir rūdos mineralai yra suskirstyti į kelias mineralų klases:

• 0 vietinių elementų: vietinis auksas, sidabras, varis, platina, grafitas, deimantas, siera;
• 0 sulfidų: piritas, chalkopiritas, galena, cinobaras;

O halogenidų junginiai: halitas (valgomoji druska), silvitas, karnalitas ir fluoritas;

О oksidai ir hidroksidai: kvarcas, opalas, magnetitas (magnetinė geležies rūda), hematitas, korundas, limonitas, goetitas;

O karbonatai: kalcitas (kalkių špatas), kurio skaidri atmaina vadinama Islandijos špaga, dolomitas;

О fosfatai: apatitas, fosforitas;

О sulfatai: gipsas, anhidritas, mirabilitas (Glauberio druska), baritas;

Apie volframitus: volframitas;

O silikatai: kvarcas, olivinas, berilis, piroksenai, ragai, žėručiai, serpentinas, talkas, glaukonitas, lauko špatai.

Ypatinga mineralų klasė yra silikatai. Į šią klasę įeina dažniausiai žemės plutoje uolienas formuojantys mineralai (daugiau nei 90 % masės), itin sudėtingos cheminės sudėties ir dalyvaujantys visų tipų uolienų, pirmiausia magminių ir metamorfinių, struktūroje. Jie sudaro apie trečdalį visų žinomų mineralų. Kvarcas kartais įtraukiamas į silikatus. Silikatų kristalinės gardelės pagrindas yra joninė keturvalentė grupė SiO 4.

Net senovės kalnakasiai pastebėjo, kad rūdos telkiniuose atskiri mineralai visada randami kartu. Bendras mineralų atsiradimas žymimas terminu „paragenezė“ arba „paragenezė“ (graikiškai „pora“ - šalia, šalia). Kiekvienam mineralų susidarymo procesui būdingi savo reguliarūs mineralų deriniai. Paragenezės pavyzdžiai yra kvarcas ir auksas, chalkopiritas ir sidabro rūdos. Žinios apie mineralų paragenezę palengvina užduotį ieškoti mineralų pagal jų palydovus. Taigi, deimantų kompanionas piropas (granato rūšis) kadaise padėjo atrasti pirmines deimantų telkinius Jakutijoje.

Susidaro tam tikras mineralų derinys, kaip minėta aukščiau uolienos yra natūralūs daugiau ar mažiau pastovios mineraloginės ir cheminės sudėties mineralų sankaupos, sudarančios nepriklausomus geologinius kūnus, sudarančius žemės plutą. Mineralinių grūdelių forma, dydis ir santykinė padėtis lemia uolienų struktūrą ir tekstūrą. Žemės plutą sudarančios uolienos dažniausiai yra daugelio mineralų sankaupos, rečiau jos susideda iš vieno mineralo grūdelių. Uolienų mineralinė sudėtis, struktūra ir atsiradimas atspindi jos susidarymo sąlygas.

Pagal kilmę uolienos skirstomos į tris grupes:

• 1) magminis uolienos, susidariusios įsiskverbiant į žemės plutą arba magmai išsiveržus į paviršių (efuzinės uolienos). Į paviršių ištekanti magma vadinama lava. Daugelis metalinių mineralų telkinių, taip pat apatitai, deimantai ir kt., yra susiję su magminėmis uolienomis;
• 2) nuosėdinės uolienos, susidariusios nusėdant sunaikintoms magminėms uolienoms ir kai kuriais kitais būdais vandenynuose, jūrose, ežeruose ir upėse. Jų sudėtis apima klastinius, molinius, cheminius ir organogeninius. Šios nuosėdinės uolienos svarbios kaip mineraliniai ištekliai: nafta, dujos, anglis, durpės, boksitas, fosforitas ir kt.;
• 3) metamorfinis veislių, t.y. transformavosi ir iš magminių, ir iš nuosėdinių. Metamorfinėmis sąlygomis susidaro geležies, vario, polimetalo, urano ir kitos rūdos, taip pat grafitas, brangakmeniai, ugniai atsparios medžiagos ir kt. Kartais iš metamorfinės grupės metasomatinės uolienos išskiriamos kaip nepriklausoma klasė, susidariusi dėl metasomatizmo - kai kurių mineralų pakeitimo kitais, reikšmingai pasikeitus uolienų cheminei sudėtimi, tačiau išlaikant jo tūrį ir kietą būseną, kai yra veikiama. didelio cheminio aktyvumo tirpalams. Tokiu atveju vyksta cheminių elementų migracija.