Дэлхийн царцдасын химийн үндсэн элементүүд. Дэлхийн царцдасын бүтэц, найрлага

Сургуульд байхдаа багшийн үгийг анхааралтай сонсдоггүй хүмүүсийн хувьд дэлхийн царцдасыг бүрдүүлдэг гол элемент бол хүчилтөрөгч гэдгийг мэдэх нь сонирхолтой байх болно.

Дэлхийн царцдас, түүний онцлог

Энэ байгалийн гамшигт юу хийх вэ?

Газар хөдлөлтөөс урьдчилан сэргийлэх боломжгүй. Энэхүү гамшгийг өдөөж буй хүчнүүд нь хүний ​​хяналтаас гадуур байдаг, учир нь тэдний эх сурвалж хүн төрөлхтний нэвтэрч чадаагүй гүнд оршдог. Газар хөдлөлтийн голомт 750 километрийн гүнд бүртгэгдсэн байх үед бид зөвхөн дээд давхаргыг (одоогоор 13 километрийн дотор) “сонгож” байна.

Гэхдээ болзошгүй гамшиг, түүний хүч чадал, байршлыг урьдчилан мэдэхийн тулд бүх зүйлийг хийсэн. Үүний тулд сейсмограф ашигладаг.

Байнгын судалгаа нь газар хөдлөлтийн үйл ажиллагааны дүр зургийг бий болгож, барилгын ажлын явцад үүнийг анхаарч үзэх боломжийг олгодог. Инженерүүд эргээд ийм үйл ажиллагааг тэсвэрлэх чадвартай шинэ загвар дээр ажиллаж байна. Газар хөдлөлтийн үед хэрхэн биеэ авч явах талаар иргэдэд мэдээлэл өгөх ажлыг тогтмол хийж байна.

Ийм гамшгийн үр дүнд үүсч болох аймшигт үзэгдэл бол цунами юм. Ийнхүү 2011 онд далайн усны асар том давалгаа Японы зүүн хойд нутгийг сүйтгэж, үүний үр дүнд 16 мянга орчим хүн нас барж, нэг сая гаруй барилга байгууламж бүрэн буюу хэсэгчлэн сүйрчээ. Үүнд Фукушима-1 атомын цахилгаан станцын гурван реактор. Гурван зуун мянга гаруй хүн орон гэргүй болжээ. Үүнтэй ижил үйл явдал дэлхийн эргэлтийн хурдад нөлөөлсөн боловч өдөр ердөө 1.8 микросекундээр богиноссон тул энэ нь хүмүүст бараг мэдэгдэхүйц биш юм. Тиймээс бид дэлхийн царцдасыг бүрдүүлдэг гол элемент нь юу вэ гэсэн сэдвийг хөндсөний дараа бид түүний далд үйл явцын улмаас үүсч болох асуудлууд руу шилжсэн.

ЛИТОСФЕРИЙН ҮНДСЭН ОНЦЛОГ

Литосфер үүсэх

Гаригийн масс ойролцоогоор 4.6 тэрбум жилийн өмнө орчин үеийн үнэ цэнэдээ хүрсний дараа өөрөө халаалт эхэлсэн. Дулааны хоёр эх үүсвэр байсан - таталцлын шахалт ба цацраг идэвхт задрал. Үүний үр дүнд дэлхийн доторх температур нэмэгдэж, металл хайлж эхэлсэн. Манти нь анхдагч бодисыг нягтаар нь ялгасны үр дүнд үүссэн. Төмөр, никель нь живж, цөмд төвлөрч, харьцангуй хөнгөн бодис болох пиролит нь мантид хуримтлагдав. Мантийн бодисыг ялгах үйл явц өнөөг хүртэл үргэлжилж байна.

Дэлхийн бүтэц

Орчин үеийн техник хэрэгслээр бид дэлхийн гүн давхаргыг шууд ажиглаж, судлах боломжгүй. Дэлхий дээрх хамгийн гүн цооног 8 км-т хүрдэггүй. Гүн давхаргыг шууд бус геофизикийн аргаар судалдаг бөгөөд үүний үндсэн дээр зөвхөн таамаглал дэвшүүлж болно. Хамгийн чухал нь газар хөдлөлт эсвэл хиймэл дэлбэрэлтийн улмаас үүссэн уян харимхай долгионы тархалтын хурдыг үндэслэн янз бүрийн гүнд байрлах бодисын уян хатан чанарыг үнэлэх боломжийг олгодог газар хөдлөлийн арга юм. Ийнхүү олон тооны хэмжилтийн үндсэн дээр газар хөдлөлтийн долгионы тархалтын хурд тодорхой гүнд огцом өөрчлөгддөг нь тогтоогдсон. Энэ нь юуны түрүүнд дэлхийн давхаргын нягтын огцом өөрчлөлттэй холбоотой юм (Хүснэгт 8.2.1).

Эхний хэсгийн бүс гэж нэрлэдэг Мохоровичийн бүс, дунджаар 33 км-ийн гүнд байрладаг , Хоёр дахь нь дунджаар 2900 км-ийн гүнд байдаг Эдгээр бүсүүд нь дэлхийг гурван үндсэн давхаргад хуваадаг. царцдас, манти ба цөм(Зураг 8.2.1).

Холтос- дэлхийн дээд хатуу чулуулгийн бүрхүүл. Физик шинж чанараас хамааран холтосыг гурван давхаргад хуваадаг. тунамал, боржин чулуу, базальт(Зураг 8.2.2) . Зузаан, бүтцээс хамааран царцдас нь эх газрын болон далайн гэсэн хоёр үндсэн төрөл байдаг.

Зураг 8.2.1 – Газар хөдлөлтийн долгионы хурдаар ялгагддаг дэлхийн бүрхүүлүүд

(Богомолов, Судакова, 1971)

тэдгээрийн хоорондох завсрын бүсэд шилжилтийн төрлийн царцдас байдаг. Эх газрын царцдас нь дунджаар 35 км зузаантай (уулархаг орнуудад 80 км хүртэл) бөгөөд 0-15 км зузаантай тунамал, 10 км дундаж зузаантай боржин чулуу, дунджаар 10 км зузаантай базальт гэсэн гурван давхаргаас бүрдэнэ. 20 км. Хурдасыг голчлон шавар, элс, шохойн чулуугаар төлөөлдөг. Далайн царцдасын зузаан дунджаар 5 км: тунамал давхарга нь 1.5 км орчим зузаантай, боржингийн давхарга байхгүй, базальт давхарга нь 5 км орчим зузаантай. Боржин чулуу, базальт гэсэн нэрсийг эрдэс бодисын найрлагаар нь бус харин эдгээр давхарга дахь газар хөдлөлтийн долгионы хурд нь боржин чулуу, базальт дахь газар хөдлөлтийн долгионы хурдтай тохирч байгаа тул өгсөн.

Зураг 8.2.2 – Дэлхийн царцдасын бүтэц: 1 – ус, 2 – тунамал давхарга, 3 – боржингийн давхарга,

4 - базальт давхарга, 5 - манти (Неклюкова, 1975)

Дэлхийн царцдасын амьдралд тасралтгүй өөрчлөлтүүд явагдаж байна - томоохон хотгорууд, өргөлтүүд үүсч, хөгжиж байна. Тогтвортой газруудад гэж нэрлэгддэг платформ,өргөлт, тэвшийг хэдэн зуун километрээр хэмждэг бөгөөд босоо хөдөлгөөний хурдыг жилд нэг миллиметрээр хэмждэг. Гар утсанд гэж нэрлэгддэг геосинклинальбүс, тэвш, өргөлт нь 50-100 км-ийн дарааллаар сунасан хэлбэртэй, босоо хөдөлгөөний хурд нь жилд 1 см орчим байдаг. Босоо хөдөлгөөнүүдийн шалтгаан нь дэлхийн мантид оршдог.

Манти– дэлхийн бүрхүүл нь царцдасаас үндсэндээ физик үзүүлэлтээрээ ялгаатай. Энэ нь магмыг үүсгэдэг магни, төмөр, цахиурын оксидуудаас бүрддэг. Мантийн даралт гүн нэмэгдэх тусам нэмэгдэж, үндсэн хил дээр 1.3 сая атмосферт хүрдэг. Мантийн нягт нь дээд давхаргад 3.5-аас цөмийн хил дээр 5.5 г/см3 хүртэл нэмэгддэг. Үүний дагуу мантийн материалын температур ойролцоогоор 500 ° C-аас 3800 ° C хүртэл нэмэгддэг. Өндөр температурыг үл харгалзан манти нь хатуу төлөвт байна.

100-аас 350 км-ийн гүнд, ялангуяа 100-150 км-ийн хооронд температур ба даралтын хослол нь бодисыг зөөлрүүлсэн эсвэл хайлсан төлөвт оруулдаг. Хайлж, идэвхжил нэмэгдсэн энэ давхарга гэж нэрлэдэг астеносфер,Заримдаа - долгион хөтлүүр.Конвекцийн гүйдэл нь хэвтээ астеносферийн урсгалыг үүсгэдэг. Тэдний хурд жилд хэдэн арван сантиметр хүрдэг. Эдгээр урсгалууд нь литосферийг салангид хэсгүүдэд хувааж, тэдгээрийн хэвтээ хөдөлгөөнийг эх газрын шилжилт гэж нэрлэдэг. Астеносфер нь галт уулын голомт, гүн төвлөрсөн газар хөдлөлтийн төвүүдийг агуулдаг.

Литосферийн доод хил нь астеносферийн дээгүүр зурагдана. Дэлхийн царцдасын амьдрал, түүний босоо болон хэвтээ хөдөлгөөн, галт уул, газар хөдлөлт нь мантийн дээд давхаргатай нягт холбоотой. Тиймээс литосферийн орчин үеийн шинжлэх ухаанд дэлхийн царцдас, астеносферийн хамгийн дээд мантийн давхарга, ойролцоогоор 100 км-ийн гүнд багтдаг.

Манти нь дэлхийн царцдасаас 2900 км гүн хүртэл үргэлжилдэг бөгөөд энэ нь дэлхийн дунд хэсэгт байрлах цөмтэй хиллэдэг.

Хүснэгт 8.2.1 – Геосферийн гүн ба үндсэн шинж чанарууд (Шубаев, 1979)

Гол- химийн болон физик шинж чанар нь бүрэн тодорхой бус дэлхийн төв хэсэг. 20-р зууны эхэн үеэс. цөм нь 85-90% төмөр байдаг гэсэн таамаглал байдаг; Гаднах шингэн цөмд хүчилтөрөгч, дотоод шингэн цөмд никель нэмнэ. Орчин үеийн мэдээллээс үзэхэд силикат цөмийн таамаглал нь илүү олон дэмжигчидтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч химийн элементүүдийн найрлагаас үл хамааран цөм нь физикийн онцгой нөхцлөөс шалтгаалан тухайн бодисын химийн шинж чанарыг бүрэн доройтуулах шинж чанартай байдаг. Цөмийн температур ойролцоогоор 4000 ° C, дэлхийн төв дэх даралт 3.5 сая гаруй атмосфер юм. Ийм нөхцөлд бодис нь метал гэж нэрлэгддэг үе шатанд шилжиж, атомуудын электрон бүрхүүлүүд устаж, бие даасан химийн элементүүдийн электрон плазм үүсдэг. Бодис илүү нягт болж, чөлөөт электронуудаар ханасан байна. Цөмд үүссэн чөлөөт электронуудын асар том цагираган эргүүлэг нь дэлхийн хэд хэдэн радиусын дээгүүр дэлхийн ойрын орон зайд тархдаг дэлхийн тогтмол соронзон орныг үүсгэдэг байж магадгүй юм. Соронзон бөмбөрцөг үүсч, нарны титмийн плазмаас дэлхийн байгаль тусгаарлагдсан нь амьдрал үүсэх, шим мандлын хөгжил, газарзүйн бүрхүүл үүсэх анхны бөгөөд хамгийн чухал нөхцөлүүдийн нэг байв.

Гаднах цөм нь шингэн юм. Дээд хэсгийн гадна талын голын нягт нь ойролцоогоор 10.0 г/см3 байна . Дотор цөм нь хатуу, нягт нь 13.7 г / см3 хүрдэг.

Дэлхийн царцдасын химийн найрлага

Дэлхийн царцдас дахь химийн элементүүдийн тархалтыг анх Америкийн эрдэмтэн Ф.В. Кларк. Түүний хүндэтгэлд дэлхийн царцдас дахь химийн элементийн харьцангуй агууламжийн дундаж утгыг ихэвчлэн нэрлэдэг Кларк.

Кларкийн дагуу дэлхийн царцдасын бүх элементүүдийг хоёр бүлэгт хувааж болно.

1. Том кларкс бүхий элементүүд.Энэ бүлэгт (кларкуудыг Виноградов, 1960 дагуу өгсөн болно):

Эдгээр 8 элементийн нийлбэр нь 99.03% байна. Ижил бүлэгт устөрөгч (H - 0.1%) ба титан (Ti - 0.7%) орно. Энэ бүлгийн элементүүд нь бие даасан химийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг, тэдгээрийг нэрлэдэг гол.

1. Бага кларктай элементүүд. Энэ бүлэгт дэлхийн царцдас дахь бусад бүх элементүүд багтдаг бөгөөд тэдгээр нь ихэвчлэн бусад элементүүдийн химийн нэгдлүүдийн дунд тархсан байдаг тараагдсан

Химийн элементийн дундаж агууламж 0.1% -ийг бүлгүүдийн хоорондох зааг гэж үздэг. Дэлхийн царцдасын цөм нь цөөн тооны протон, нейтрон агуулсан үелэх системийн анхны эсүүдийг эзэлдэг хөнгөн атомууд давамгайлдаг. Тэгш атомын дугаартай, атомын масстай элементүүд давамгайлдаг.

Дэлхийн гүнд болж буй үйл явц нь чулуулаг үүсэх, газар хөдлөлт, галт уулын дэлбэрэлт, газрын гадаргуу, далайн ёроолын удаан чичиргээ, дэлхийн гадаргууг өөрчилдөг бусад үзэгдлүүдэд нөлөөлдөг. Тиймээс газарзүйн бүрхүүлийг судлахдаа дэлхийн бүтэц, түүний дотоод давхаргын шинж чанарыг мэдэх шаардлагатай.

Дэлхийн дээд чулуурхаг бүрхүүл - дэлхийн царцдас нь янз бүрийн найрлага, гарал үүсэлтэй чулуулгаас тогтдог. Аливаа чулуулаг нь ашигт малтмалын тодорхой нэгдэл бөгөөд тэдгээр нь эргээд химийн элементүүд эсвэл тэдгээрийн байгалийн нэгдлүүд юм.

Ийнхүү дэлхийн царцдасын бодис нь түүний зохион байгуулалтын түвшний нарийн төвөгтэй байдлын дарааллаар шаталсан цувралыг бүрдүүлдэг: химийн элемент - эрдэс - чулуулаг. Энэ дарааллаар дэлхийн царцдасын материаллаг найрлагыг доор авч үзнэ.

Дэлхийн царцдасын химийн найрлагын талаархи хамгийн найдвартай мэдээлэл нь түүний дээд хэсэгт (16-20 км-ийн гүнд) шууд судлах боломжтой байдаг. Геохимийн харьцангуй залуу шинжлэх ухаан нь химийн найрлага, түүний орон зай, цаг хугацааны өөрчлөлтийн зүй тогтолын асуудлыг авч үздэг.

Орчин үеийн геохимийн судалгаагаар дэлхийн царцдасын 93 химийн элемент байдаг. Тэдгээрийн ихэнх нь нарийн төвөгтэй, өөрөөр хэлбэл өөр өөр изотопуудын холимогоор төлөөлдөг. Зөвхөн 22 химийн элемент (жишээлбэл, натри, манган, фтор, фосфор, алт) нь изотопгүй тул энгийн гэж нэрлэдэг.

Химийн элементүүд нь дэлхийн царцдас дээр маш жигд бус тархсан байдаг.

Химийн элементүүдийн тархалтын талаархи анхны ноцтой судалгааг Америкийн геохимич Ф.Кларк хийсэн. Ф.Кларк өөрийн мэдэлд байгаа төрөл бүрийн чулуулгийн 6000 химийн шинжилгээний үр дүнг математикийн аргаар боловсруулснаар дэлхийн царцдас дахь хамгийн түгээмэл 50 химийн элементийн дундаж агууламжийг тогтоожээ. 1889 онд анх удаа хэвлэгдсэн Ф.Кларкийн мэдээллийг Г.Вашингтон, В.Голшмидт, Г.Хевеси, В.Мейсон, В.И.Вернадский, А.Е.Ферсман, А.П.Виноградов зэрэг дотоодын болон гадаадын олон судлаач нар улам боловсронгуй болгосон. , A. A. Ярошевский болон бусад.

Ф.Кларкийн геохимийн шинжлэх ухаанд онцгой гавьяа байгуулсны нэг илрэл болгон дэлхийн царцдас дахь химийн элементүүдийн дундаж агууламжийг Кларкс гэж нэрлэж, жин, атом эсвэл эзлэхүүний хувиар илэрхийлдэг. Элементүүдийн хамгийн их хэрэглэгддэг жингийн кларкууд. Доорх хүснэгтэд янз бүрийн судлаачдын үзэж байгаагаар дэлхийн царцдасын хамгийн түгээмэл элементүүдийн кларкуудыг харуулав.

Дэлхийн царцдас дахь хамгийн түгээмэл химийн элементүүдийн жин кларк.

Үзүүлсэн мэдээллээс харахад дэлхийн царцдасын үндсэн барилгын элементүүд нь O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg бөгөөд жингийн 98 гаруй хувийг бүрдүүлдэг. Тэдний дунд тэргүүлэх байрыг хүчилтөрөгч эзэлдэг бөгөөд энэ нь дэлхийн царцдасын массын бараг тал хувь, эзлэхүүний 92 орчим хувийг эзэлдэг. Химийн зонхилох элементүүд дээр үндэслэн дэлхийн царцдасыг заримдаа оксисфер, түүнчлэн сиалийн бүрхүүл гэж нэрлэдэг.

Химийн элементүүдийн тархалт нь тэдний үелэх систем дэх байр суурьтай холбоотой байдаг. Д.И.Менделеевийн тэмдэглэснээр дэлхийн царцдасын хамгийн түгээмэл элементүүд нь үелэх системийн эхэнд байрладаг. Серийн дугаар нэмэгдэхийн хэрээр элементүүдийн тархалт жигд бус буурдаг.

Тиймээс эхний 30 элементийн дунд кларкууд зуу хувиас доош унах нь ховор бөгөөд ихэвчлэн аравны нэг эсвэл бүр бүхэл хувиар илэрхийлэгддэг. Үлдсэн элементүүдэд жижиг кларкууд давамгайлдаг бөгөөд энэ нь маш ховор тохиолдолд хэдэн мянган хувь хүртэл өсдөг.

Ийнхүү дэлхийн царцдасын хөнгөн элементүүд илт давамгайлж байгаа нь түүнийг эдгээр элементүүдээр ядуу, хүнд металлаар баяжуулсан бусад дотоод геосферээс ялгаж өгдөг. Химийн элементүүдийн кларкууд болон тэдгээрийн үелэх систем дэх байрлал хоорондын хамаарлаас харахад дэлхийн царцдас дахь химийн элементүүдийн элбэг дэлбэг байдлын нэг гол шалтгаан нь тэдгээрийн атомын цөмийн бүтэц, энергийн тогтвортой байдал юм.

Химийн элементүүдийн элбэг дэлбэг байдлын талаархи бидний санаа нь тэдний кларкийн үнэ цэнийн жинхэнэ утгуудтай үргэлж нийцдэггүй гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. Жишээлбэл, зэс, цайр, хар тугалга зэрэг нийтлэг элементүүд нь ховор гэж тооцогддог циркони, ванадиас хэд дахин бага кларкийн утгатай байдаг. Энэхүү зөрүүний шалтгаан нь химийн элементүүдийн дэлхийн царцдас дахь томоохон концентраци - ордуудыг үүсгэх өөр өөр чадвар юм. Энэ чадварыг атомын гаднах электрон бүрхүүлийн бүтэц, түүнчлэн дэлхийн царцдасын термодинамик нөхцлөөс хамаардаг химийн шинж чанараар тодорхойлдог.

Дэлхийн царцдасын химийн найрлага нь геологийн цаг хугацааны явцад өөрчлөгддөг бөгөөд энэ хувьсал өнөөг хүртэл үргэлжилсээр байна. Химийн найрлага өөрчлөгдөх гол шалтгаанууд нь:

Цацраг идэвхт задралын үйл явц нь аяндаа үүсдэг

дэлхийн царцдасын нөхцөлд илүү тогтвортой зарим химийн элементүүдийг бусад болгон хувиргах. В.И.Вернадскийн тооцоогоор, орчин үеийн үед зөвхөн цөмийн өөрчлөлтөөс болж дэлхийн царцдасын бодисууд химийн найрлагаа жил бүр шинэчлэгддэг;

Солир, сансрын тоос хэлбэрээр солирын бодис хүлээн авах (жилд 16 мянган тонн);

Дэлхийн бодисыг ялгах үйл явц үргэлжилж, химийн элементүүдийг нэг геосферээс нөгөөд шилжүүлэхэд хүргэдэг.

Дэлхийн царцдас дахь химийн элементүүдийн атомууд нь өөр хоорондоо янз бүрийн нэгдэл, гол төлөв химийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг. Тэдний үүсэх хэлбэрүүд нь маш олон янз байдаг боловч дэлхийн царцдас дахь химийн элементүүдийн оршин тогтнох гол хэлбэр нь ашигт малтмал юм. Түүнээс гадна зарим тохиолдолд тэдгээр нь бие даасан ашигт малтмалын төрөл зүйл үүсгэдэг бол зарим тохиолдолд бусад ашигт малтмалын талст торонд хольц хэлбэрээр ордог.

Дэлхийн хувьслын онцлог шинж чанар нь материйн ялгарал бөгөөд түүний илэрхийлэл нь манай гаригийн бүрхүүлийн бүтэц юм. Литосфер, гидросфер, агаар мандал, шим мандал нь химийн найрлага, зузаан, бодисын төлөв байдлаасаа ялгаатай дэлхийн үндсэн бүрхүүлийг бүрдүүлдэг.

Дэлхийн дотоод бүтэц

Дэлхийн химийн найрлага(Зураг 1) нь Сугар, Ангараг зэрэг хуурай газрын бусад гаригуудын найрлагатай төстэй.

Ерөнхийдөө төмөр, хүчилтөрөгч, цахиур, магни, никель зэрэг элементүүд давамгайлдаг. Хөнгөн элементүүдийн агууламж бага байна. Дэлхийн бодисын дундаж нягт нь 5.5 г/см3 байна.

Дэлхийн дотоод бүтцийн талаар найдвартай мэдээлэл маш бага байдаг. Зураг руу харцгаая. 2. Дэлхийн дотоод бүтцийг дүрсэлсэн. Дэлхий нь царцдас, манти, цөмөөс бүрдэнэ.

Цагаан будаа. 1. Дэлхийн химийн найрлага

Цагаан будаа. 2. Дэлхийн дотоод бүтэц

Гол

Гол(Зураг 3) дэлхийн төвд байрладаг бөгөөд түүний радиус нь 3.5 мянган км орчим юм. Цөмийн температур 10,000 К хүрдэг, өөрөөр хэлбэл нарны гаднах давхаргын температураас өндөр, нягт нь 13 г / см 3 (харьцуул: ус - 1 г / см 3). Гол нь төмөр, никелийн хайлшаас бүрддэг гэж үздэг.

Дэлхийн гадна цөм нь дотоод цөмөөс (радиус 2200 км) илүү зузаантай бөгөөд шингэн (хайлсан) төлөвт байдаг. Дотоод цөм нь асар их дарамтанд ордог. Үүнийг бүрдүүлдэг бодисууд нь хатуу төлөвт байдаг.

Манти

Манти- Цөмийг хүрээлж, манай гаригийн эзлэхүүний 83% -ийг бүрдүүлдэг дэлхийн геосфер (3-р зургийг үз). Түүний доод хил нь 2900 км-ийн гүнд оршдог. Нөмрөг нь нягтрал багатай, хуванцар дээд хэсэгт (800-900 км) хуваагддаг бөгөөд үүнээс үүсдэг. магма(Грек хэлнээс орчуулбал "зузаан тос" гэсэн утгатай; энэ нь дэлхийн дотоод дахь хайлсан бодис юм - тусгай хагас шингэн төлөвт байгаа химийн нэгдлүүд ба элементүүд, түүний дотор хий); ба талстлаг доод хэсэг нь 2000 орчим км зузаантай.

Цагаан будаа. 3. Дэлхийн бүтэц: цөм, манти, царцдас

Дэлхийн царцдас

Дэлхийн царцдас -литосферийн гаднах бүрхүүл (3-р зургийг үз). Түүний нягт нь дэлхийн дундаж нягтралаас хоёр дахин бага - 3 г / см 3.

Дэлхийн царцдасыг мантиас тусгаарладаг Мохоровичийн хил(Ихэвчлэн Мохогийн хил гэж нэрлэдэг) газар хөдлөлтийн долгионы хурд огцом нэмэгддэг. Үүнийг 1909 онд Хорватын эрдэмтэн суурилуулжээ Андрей Мохоровичич (1857- 1936).

Мантийн дээд хэсэгт тохиолддог процессууд нь дэлхийн царцдас дахь бодисын хөдөлгөөнд нөлөөлдөг тул тэдгээрийг ерөнхий нэрээр нэгтгэдэг. литосфер(чулуун бүрхүүл). Литосферийн зузаан нь 50-200 км-ийн хооронд хэлбэлздэг.

Литосферийн доор байрладаг астеносфер- хатуу, бага наалдамхай, гэхдээ 1200 ° C-ийн температуртай хуванцар бүрхүүл. Энэ нь Мохогийн хилийг давж, дэлхийн царцдас руу нэвтэрч чаддаг. Астеносфер бол галт уулын эх үүсвэр юм. Энэ нь дэлхийн царцдас руу нэвчиж эсвэл дэлхийн гадаргуу дээр цутгадаг хайлсан магмын халаасыг агуулдаг.

Дэлхийн царцдасын бүтэц, бүтэц

Манти болон цөмтэй харьцуулахад дэлхийн царцдас нь маш нимгэн, хатуу, хэврэг давхарга юм. Энэ нь хөнгөн бодисоос бүрдэх бөгөөд одоогоор 90 орчим байгалийн химийн элемент агуулдаг. Эдгээр элементүүд нь дэлхийн царцдасын хувьд адил тэгш байдаггүй. Хүчилтөрөгч, хөнгөн цагаан, төмөр, кальци, натри, кали, магни зэрэг долоон элемент нь дэлхийн царцдасын массын 98% -ийг эзэлдэг (5-р зургийг үз).

Химийн элементүүдийн өвөрмөц хослолууд нь янз бүрийн чулуулаг, эрдэс бодисыг үүсгэдэг. Тэдний хамгийн эртний нь дор хаяж 4.5 тэрбум жилийн настай.

Цагаан будаа. 4. Дэлхийн царцдасын бүтэц

Цагаан будаа. 5. Дэлхийн царцдасын бүтэц

Ашигт малтмалнь литосферийн гүн болон гадаргуу дээр бүрэлдэн тогтсон найрлага, шинж чанараараа харьцангуй нэгэн төрлийн байгалийн бие юм. Ашигт малтмалын жишээ бол алмаз, кварц, гөлтгөнө, тальк гэх мэт (Та төрөл бүрийн эрдсийн физик шинж чанарын шинж чанарыг Хавсралт 2-оос олох болно.) Дэлхийн эрдсийн найрлагыг Зураг дээр үзүүлэв. 6.

Цагаан будаа. 6. Дэлхийн эрдсийн ерөнхий найрлага

Чулуулагашигт малтмалаас бүрддэг. Тэдгээр нь нэг буюу хэд хэдэн эрдэс бодисоос бүрдэж болно.

Тунамал чулуулаг -шавар, шохойн чулуу, шохой, элсэн чулуу гэх мэт - усны орчин, хуурай газар дахь бодисын хур тунадаснаас үүссэн. Тэд давхаргад байрладаг. Эрт дээр үед манай гариг ​​дээр оршин байсан байгалийн нөхцөл байдлын талаар мэдэх боломжтой тул геологичид тэднийг дэлхийн түүхийн хуудас гэж нэрлэдэг.

Тунамал чулуулгийн дотроос органоген ба органик бус (цусмал ба химоген) нь ялгагдана.

ОрганогенЧулуулаг нь амьтан, ургамлын үлдэгдэл хуримтлагдсаны үр дүнд үүсдэг.

Хагархай чулуулагнь өгөршил, ус, мөс, салхины нөлөөгөөр өмнө нь үүссэн чулуулгийг устгасны үр дүнд үүсдэг (Хүснэгт 1).

Хүснэгт 1. Хагархайн хэмжээнээс хамаарсан цул чулуулаг

ХимиогенЧулуулаг нь далай, нуурын уснаас ууссан бодисуудын хур тунадасны үр дүнд үүсдэг.

Дэлхийн царцдасын зузаанд магма үүсдэг магмын чулуулаг(Зураг 7), жишээ нь боржин чулуу, базальт.

Тунамал болон магмын чулуулаг нь даралт, өндөр температурын нөлөөн дор их гүнд живэх үед ихээхэн өөрчлөлтөд орж, хувирдаг. хувирсан чулуулаг.Тухайлбал, шохойн чулуу гантиг, кварц элсэн чулуу кварцит болж хувирдаг.

Дэлхийн царцдасын бүтэц нь тунамал, боржин чулуу, базальт гэсэн гурван давхаргад хуваагддаг.

Тунамал давхарга(8-р зургийг үз) гол төлөв тунамал чулуулгаас үүсдэг. Энд шавар, занар зонхилж, элсэрхэг, карбонат, галт уулын чулуулаг ихтэй. Тунамал давхаргад ийм ордууд байдаг ашигт малтмал,нүүрс, хий, газрын тос гэх мэт. Эдгээр нь бүгд органик гаралтай. Жишээлбэл, нүүрс бол эртний ургамлын өөрчлөлтийн бүтээгдэхүүн юм. Тунамал давхаргын зузаан нь маш олон янз байдаг - зарим газар нутагт бүрэн байхгүйгээс гүн гүнзгий хотгорт 20-25 км хүртэл байдаг.

Цагаан будаа. 7. Чулуулгийг гарал үүслээр нь ангилах

"Боржин чулуу" давхаргашинж чанараараа боржин чулуутай төстэй хувирмал ба магмын чулуулгаас бүрддэг. Энд хамгийн түгээмэл нь гнейс, боржин чулуу, талст шист гэх мэт. Боржингийн давхарга нь хаа сайгүй олддоггүй, гэхдээ энэ нь сайн илэрхийлэгддэг тивд хамгийн их зузаан нь хэдэн арван километрт хүрч чаддаг.

"Базальт" давхаргабазальттай ойрхон чулуулгаас үүссэн. Эдгээр нь "боржин" давхаргын чулуулгаас илүү нягтралтай, хувирсан магмын чулуулаг юм.

Дэлхийн царцдасын зузаан, босоо бүтэц нь өөр өөр байдаг. Дэлхийн царцдасын хэд хэдэн төрөл байдаг (Зураг 8). Хамгийн энгийн ангиллын дагуу далайн болон эх газрын царцдасыг ялгадаг.

Эх газрын болон далайн царцдасын зузаан нь харилцан адилгүй байдаг. Тиймээс дэлхийн царцдасын хамгийн их зузаан нь уулын системд ажиглагддаг. Энэ нь 70 орчим км юм. Талуудын дор дэлхийн царцдасын зузаан 30-40 км, далайн доор хамгийн нимгэн нь ердөө 5-10 км байдаг.

Цагаан будаа. 8. Дэлхийн царцдасын төрлүүд: 1 - ус; 2- тунамал давхарга; 3— тунамал чулуулаг, базальт хоорондын давхарга; 4 - базальт ба талстлаг хэт суурь чулуулаг; 5 – боржин-хувирсан давхарга; 6 - гранулит-мафик давхарга; 7 - ердийн манти; 8 - задарсан нөмрөг

Чулуулгийн найрлага дахь эх газрын болон далайн царцдасын ялгаа нь далайн царцдас дахь боржингийн давхарга байхгүй гэдгээр илэрдэг. Мөн далайн царцдасын базальт давхарга нь маш өвөрмөц юм. Чулуулгийн найрлагын хувьд эх газрын царцдасын ижил төстэй давхаргаас ялгаатай.

Газар ба далайн хоорондох хил (тэг тэмдэг) нь эх газрын царцдас далай тэнгис рүү шилжих шилжилтийг тэмдэглэдэггүй. Эх газрын царцдасыг далайн царцдасаар солих нь далайд ойролцоогоор 2450 м-ийн гүнд тохиолддог.

Цагаан будаа. 9. Эх газрын болон далайн царцдасын бүтэц

Дэлхийн царцдасын шилжилтийн төрлүүд байдаг - далайн доорх ба эх газрын доорх.

Далайн доорх царцдасэх газрын энгэр болон уулын бэл дагуу байрладаг, захын болон Газар дундын тэнгисээс олж болно. Энэ нь 15-20 км хүртэл зузаантай эх газрын царцдасыг төлөөлдөг.

Эх газрын доорх царцдасжишээлбэл, галт уулын арлын нуман дээр байрладаг.

Материал дээр үндэслэсэн газар хөдлөлтийн дуу чимээ -газар хөдлөлтийн долгионы дамжуулалтын хурд - бид дэлхийн царцдасын гүн бүтцийн талаархи мэдээллийг олж авдаг. Ийнхүү 12 км-ээс дээш гүнээс чулуулгийн дээжийг анх удаа харах боломжтой болсон Кола гүний худаг гэнэтийн олон зүйлийг авчирчээ. 7 км-ийн гүнд "базальт" давхарга эхлэх ёстой гэж үзсэн. Бодит байдал дээр энэ нь нээгдээгүй бөгөөд чулуулгийн дунд гнейсүүд давамгайлж байв.

Гүнтэй холбоотойгоор дэлхийн царцдасын температурын өөрчлөлт.Дэлхийн царцдасын гадаргуугийн давхарга нь нарны дулаанаар тодорхойлогддог температуртай байдаг. Энэ гелиометрийн давхарга(Грек хэлнээс гелио - Нар), улирлын температурын хэлбэлзлийг мэдэрдэг. Түүний дундаж зузаан нь ойролцоогоор 30 м.

Доор нь бүр нимгэн давхарга байдаг бөгөөд түүний онцлог шинж чанар нь ажиглалтын талбайн жилийн дундаж температурт тохирсон тогтмол температур юм. Энэ давхаргын гүн эх газрын уур амьсгалд нэмэгддэг.

Дэлхийн царцдасын гүнд ч гэсэн газрын гүний дулааны давхарга байдаг бөгөөд түүний температур нь дэлхийн дотоод дулаанаар тодорхойлогддог бөгөөд гүн гүнзгийрэх тусам нэмэгддэг.

Температурын өсөлт нь гол төлөв чулуулгийг бүрдүүлдэг цацраг идэвхт элементүүд, ялангуяа радий, ураны задралын улмаас үүсдэг.

Чулуулгийн гүн дэх температурын өсөлтийн хэмжээг гэнэ газрын гүний дулааны градиент.Энэ нь нэлээд өргөн хүрээнд хэлбэлздэг - 0.1-ээс 0.01 ° C / м хүртэл - чулуулгийн найрлага, тэдгээрийн үүсэх нөхцөл болон бусад олон хүчин зүйлээс хамаарна. Далай тэнгисийн доорх температур тивүүдийнхээс илүү гүн гүнзгийрэх тусам хурдан нэмэгддэг. Дунджаар 100 м гүн тутамд 3 хэмээр дулаарна.

Газрын гүний дулааны градиентийн харилцан үйлчлэлийг гэж нэрлэдэг газрын гүний дулааны үе шат.Үүнийг м/°С-ээр хэмждэг.

Дэлхийн царцдасын дулаан нь эрчим хүчний чухал эх үүсвэр юм.

Дэлхийн царцдасын геологийн судалгаанд ашиглах боломжтой гүн хүртэл үргэлжилсэн хэсэг дэлхийн гэдэс.Дэлхийн дотоод орчин онцгой хамгаалалт, ухаалаг хэрэглээг шаарддаг.

Дэлхийн химийн болон ашигт малтмалын найрлагад дүн шинжилгээ хийх нь онолын болон практикийн чухал ач холбогдолтой: энэ нь манай гаригийн үүсэл, хувьслын олон нууцыг илчилж, ашигт малтмалын нөөцийг илүү үр дүнтэй хайх түлхүүр болж өгдөг. Нарны аймгийн гаригууд, тэр дундаа Дэлхий нэгэн цагт энэ материалаас үүссэн гэж үздэг тул дэлхийн дундаж найрлагыг солируудаас бүрдсэн бодисоор нь үнэлдэг. Чулуу (бүх олдворын 97.7%), чулуурхаг төмөр (1.3%), төмөр (5.6%) солирууд байдаг. Тэдний химийн шинжилгээгээр дэлхийн найрлагад төмөр (30-36%), хүчилтөрөгч (29-31%), цахиур (14-15%), магни (13-16%) давамгайлж байгааг харуулж байна. Түүнчлэн хүхэр, никель, хөнгөн цагаан, кальцийн хэмжээг тус бүр хувиар нэгжээр хэмждэг. Бусад бүх элементүүд нь 1% -иас бага хэмжээгээр агуулагддаг.

Шууд ажиглалт, дүн шинжилгээ хийх боломжтой эх газрын царцдасын хамгийн дээд хэсгийн химийн найрлагын талаар хамгийн найдвартай мэдээлэл байдаг. Анхны өгөгдлийг 1889 онд Америкийн эрдэмтэн Ф.Кларк нийтэлж, өөрийн мэдэлд байгаа янз бүрийн чулуулгийн химийн шинжилгээний 6000 үр дүнгийн арифметик дундажийг гаргажээ. Эдгээр өгөгдлийг дараа нь боловсронгуй болгосон. Дараах найман химийн элемент нь дэлхийн царцдасын нийт жингийн 98 гаруй хувийг эзэлдэг: хүчилтөрөгч (46.5%), цахиур (25.7%), төмөр (6.2%), кальци (5.8%). магни (3.2%), натри (1.8%), кали (1.3%). Дэлхийн царцдасын аравны нэг хувийг эзэлдэг таван элемент: титан (0.52%), нүүрстөрөгч (0.46%), устөрөгч (0.16%), манган (0.12%), хүхэр (0.11%). Бусад бүх элементүүд нь ойролцоогоор 0.37% -ийг эзэлдэг.

1924 онд Норвегийн судлаач В.М. Голдшмит химийн элементүүдийн өргөн хэрэглэгддэг бөгөөд одоо геохимийн ангиллыг санал болгож, тэдгээрийг дөрвөн бүлэгт хуваасан.

• Химийн элементийн 0 сидерофилийн бүлэгт төмрийн гэр бүлийн элементүүд, цагаан алтны металлууд, түүнчлэн молибден, рени (нийт 11 элемент) багтдаг бөгөөд тэдгээр нь геохимийн шинж чанараараа төмрөөр ижил төстэй байдаг;
• 0 литофилийн элементүүд нь дэлхийн царцдасын (литосфер) ашигт малтмалын дийлэнх хэсгийг бүрдүүлдэг 53 элементийн бүлгийг бүрдүүлдэг: цахиур, титан, циркони, фтор, хлор, хөнгөн цагаан, натри, кали, магни, кальци гэх мэт;
• 0 халькофилийн бүлэг химийн элементүүд нь хүхэр, сурьма, висмут, хүнцэл, селен, теллур болон олон тооны хүнд өнгөт металлууд (зэс гэх мэт) - байгалийн сульфид, селенид үүсэх хандлагатай нийт 19 элемент юм. , теллурид, сульфодальт, заримдаа төрөлх хэлбэрээр нь олддог (алт, мөнгө, мөнгөн ус, висмут, хүнцэл гэх мэт);

Атмофил бүлэгт дэлхийн агаар мандлын ердийн химийн элементүүд (азот, устөрөгч, үнэт хий) багтдаг бөгөөд тэдгээр нь чөлөөт атом эсвэл молекул хэлбэрээр байдаг.

Дэлхийн царцдас нь янз бүрийн бүлгийн чулуулгаас бүрдэх ба үүсэх нөхцөл, найрлагаараа ялгаатай. Чулуулаг нь ашигт малтмалын дүүргэгч, i.e. ашигт малтмалын тодорхой хослол. Минерва нь дэлхийн царцдас, түүний гадаргуу дээр явагддаг физик, химийн тодорхой үйл явцын үр дүнд бий болсон байгалийн химийн нэгдлүүд эсвэл уугуул химийн элементүүд юм.Ихэнх ашигт малтмал нь талст хатуу биет бөгөөд цөөн нь аморф юм. Байгалийн талстуудын хэлбэрүүд нь янз бүр бөгөөд талстуудын бүтцийг бүрдүүлдэг атомууд, ионууд, молекулууд эсвэл тэдгээрийн талст (орон зайн) тороос - орон зай дахь бичил хэсгүүдийн тогтмол байрлалаас хамаардаг. Энэ бүтцийг бий болгохын тулд физик-химийн болон термодинамикийн нөхцөл маш чухал юм. Тиймээс бал чулуу - хамгийн зөөлөн (хатуулаг 1) эрдэс нь хүснэгт хэлбэртэй талстыг үүсгэдэг ба алмаз нь хамгийн хатуу эрдэс (хатуулаг 10) - хамгийн төгс куб тэгш хэмийн бүлэгтэй байдаг. Энэхүү шинж чанарын ялгаа нь болор тор дахь атомуудын зохион байгуулалтын ялгаатай байдлаас үүдэлтэй юм.

Одоогийн байдлаар 2500 гаруй байгалийн ашигт малтмал мэдэгдэж байгаа бөгөөд сортуудыг тооцохгүй боловч цөөхөн хэдэн (50 орчим) чулуулаг үүсгэгч эрдэс нь дэлхийн царцдасыг бүрдүүлдэг чулуулаг үүсэхэд оролцдог. Чулуулагт үлдсэн эрдсүүд нь бага зэргийн хольц хэлбэрээр агуулагддаг бөгөөд тэдгээрийг нэмэлт эрдэс гэж нэрлэдэг. Ашигт малтмалын ангиллыг химийн найрлага, талст бүтцээр нь үндэслэнэ. Чулуулаг үүсгэгч болон хүдрийн үндсэн ашигт малтмалыг хэд хэдэн ашигт малтмалын ангилалд хуваадаг.

• 0 төрөлхийн элементүүд: уугуул алт, мөнгө, зэс, цагаан алт, бал чулуу, алмаз, хүхэр;
• 0 сульфид: пирит, халькопирит, галена, циннабар;

Галидын нэгдлүүд: галит (хүснэгт давс), сильвит, карналлит, флюорит;

О исэл ба гидроксид: кварц, опал, магнетит (соронзон төмрийн хүдэр), гематит, корунд, лимонит, гетит;

О карбонатууд: кальцит (шохойн жонш), тунгалаг сортыг Исландын шөрмөс, доломит гэж нэрлэдэг;

О фосфатууд: апатит, фосфорит;

О сульфатууд: гипс, ангидрит, мирабилит (Глауберийн давс), барит;

Вольфрамитийн тухай: вольфрамит;

Силикатууд: кварц, оливин, бериллер, пироксен, эвэрт чулуу, гялтгануур, серпентин, тальк, глауконит, хээрийн жонш.

Ашигт малтмалын тусгай анги нь силикат юм. Энэ ангилалд дэлхийн царцдас дахь хамгийн түгээмэл чулуулаг үүсгэгч эрдсүүд (жингийн 90% -иас илүү), химийн найрлагад маш нарийн төвөгтэй, бүх төрлийн чулуулгийн бүтцэд оролцдог, ялангуяа магмын болон хувирсан. Эдгээр нь бүх мэдэгдэж буй ашигт малтмалын гуравны нэгийг бүрдүүлдэг. Заримдаа кварц нь силикатад ордог. Силикатын болор торны үндэс нь SiO 4 ионы дөрвөн валентын бүлэг юм.

Эртний уурхайчид хүртэл хүдрийн ордуудад бие даасан ашигт малтмал үргэлж хамт олддог болохыг анзаарсан. Ашигт малтмалын хамтарсан илрэлийг "парагенез" эсвэл "парагенез" (Грекээр "пара" - ойролцоо, ойролцоо) гэсэн нэр томъёогоор тодорхойлдог. Ашигт малтмалын үүсэх үйл явц бүр нь ашигт малтмалын тогтмол хослолоор тодорхойлогддог. Парагенезийн жишээнд кварц ба алт, халькопирит, мөнгөний хүдэр орно. Ашигт малтмалын парагенезийн талаархи мэдлэг нь ашигт малтмалыг хиймэл дагуулаар хайх ажлыг хөнгөвчилдөг. Ийнхүү алмаазын хамтрагч пироп (анарын нэг төрөл) нь Якут дахь алмазын анхдагч ордуудыг илрүүлэхэд тусалсан юм.

Дээр дурдсанчлан ашигт малтмалын тодорхой хослол үүсдэг чулуулаг нь дэлхийн царцдасыг бүрдүүлдэг бие даасан геологийн биетүүдийг бүрдүүлдэг, бага багаар тогтмол минералог, химийн найрлагатай ашигт малтмалын байгалийн дүүргэгч юм.Эрдсийн ширхэгийн хэлбэр, хэмжээ, харьцангуй байрлал нь чулуулгийн бүтэц, бүтцийг тодорхойлдог. Дэлхийн царцдасыг бүрдүүлдэг чулуулаг нь ихэвчлэн олон төрлийн эрдэс бодисоос бүрддэг. Чулуулгийн эрдсийн найрлага, бүтэц, үүсэх байдал нь түүний үүсэх нөхцөлийг илэрхийлдэг.

Гарал үүслээр нь чулуулгийг гурван бүлэгт хуваадаг.

• 1) магмынгазрын царцдас руу нэвтрэн орох (интрузив чулуулаг) эсвэл газрын гадаргуу дээр магма дэлбэрэх замаар үүссэн чулуулаг (effusive чулуулаг). Гадаргуу руу урсдаг магмыг лаав гэж нэрлэдэг. Металл ашигт малтмалын олон ордууд, түүнчлэн апатит, алмаз зэрэг нь магмын чулуулагтай холбоотой байдаг;
• 2) тунамалдалай, далай, нуур, гол мөрөнд сүйрсэн магмын чулуулаг болон бусад зарим аргаар хуримтлагдах явцад үүссэн чулуулаг. Тэдний найрлагад шаварлаг, шаварлаг, химийн болон органик бодис орно. Дараах тунамал чулуулаг нь ашигт малтмалын хувьд чухал ач холбогдолтой: газрын тос, хий, нүүрс, хүлэр, боксит, фосфорит гэх мэт;
• 3) хувирсанүүлдэр, i.e. магмын болон тунамалын аль алинаас нь өөрчлөгдсөн. Метаморфизмын нөхцөлд төмөр, зэс, полиметалл, уран болон бусад хүдэр, түүнчлэн бал чулуу, үнэт чулуу, галд тэсвэртэй материал гэх мэт хүдэр үүсдэг. Заримдаа метасоматик чулуулгийг метаморфын бүлгээс бие даасан анги гэж ялгаж, метасоматизмын үр дүнд үүсдэг - чулуулгийн химийн найрлагад мэдэгдэхүйц өөрчлөлт оруулснаар зарим эрдсийг бусад эрдсээр солих үйл явц, гэхдээ ил гарсан үед түүний хэмжээ, хатуу төлөв байдлыг хадгалах үйл явц. химийн өндөр идэвхжилтэй уусмалуудад. Энэ тохиолдолд химийн элементүүдийн шилжилт хөдөлгөөн үүсдэг.