Состав и строение Земли, геодинамические процессы

1.

Национальный исследовательский Томский государственный университет
Геолого-географический факультет
кафедра палеонтологии и исторической геологии
ЛЕКЦИЯ №2
СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ.
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Преподаватель: доцент каф. ПиИГ, канд. геол.-минерал. наук Адылбаев Руслан Ренадович

2.

2.1 Происхождение Земли и Солнечной системы
Космогоническая гипотеза:
И. Кант (1755 г.)
• «первичный хаос»
• закон всемирного тяготения
• отсутствие «божественности»
П. Лаплас
• газовая туманность
• центробежная сила
• остывание газовых сгустков
единая гипотеза
30-е гг. XX в. Д. Джинс,
Ф. Мультон, Т. Чемберлен
сгустки материи вырваны из
Солнца притяжением звезды
40-е гг. XX в. О.Ю. Шмидт
• аккреция
• холодная → разогрев
из-за радиоактивного распада
ПЛАНЕТЕЗИМАЛЬ:
Современная гипотеза:
1.Образование Солнца и уплощённой вращающейся околосолнечной туманности
из межзвёздного газопылевого облака (влиянием близкого взрыва "сверхновой"
звезды);
2.Конденсация "пыльной плазмы" в кольца вокруг Солнца, а материала колец в планетезимали (путём аккреции).
3.Дальнейшая конденсация планетезималей в планеты.
4.Повторение подобного процесса вокруг планет с образованием их спутников.
2

3.

2.2 Форма Земли
1. Форма Земли близка к эллипсоиду. Неравенство
радиусов Земли частично обусловлено вращением
планеты, в результате возникает центробежная сила;
2. Земля по форме – геоид. Поверхность Земли осложнена
горами и впадинами и не совпадает с поверхностью
геоида;
3. Земля имеет сердцевидную форму, т.е. северный полюс
её приподнят, по сравнению с южным на 30 м.
Факторы влияющие на форму Земли:
1. Размеры Земли;
2. Распределение в ней плотностей;
3. Скорость осевого вращения.
Следствие шарообразности Земли:
• неравномерное освещение её поверхности
• неравномерный её нагрев
• смена природных условий (при движении от экватора к полюсам).
3

4.

2.3 Размеры Земли
Постоянные величины:
• Полярный радиус – 6356,863 км
• Радиус экваториальный – 6378,245 км
• Длина экватора – 40 076 км
• Площадь поверхности – 510 млн км2
• Объём – 1 083 204 млн км2
• Средняя плотность – 5,5 г/см3
• Масса – 5,976×1024 кг
4

5.

2.4 Строение Земли
Установить внутреннее строение Земли удалось
сейсмическим методом исследования. Суть этого
метода состоит в том, что при взрыве колебания в
Земле идут с разной скоростью в зависимости от
состава и плотности горных пород.
Типы сейсмических волн:
а – продольные Р,
б – поперечные S,
в – поверхностные Лява L,
г – поверхностные Рэлея R.
В общем виде Земля сложена несколькими
концентрическими
оболочками:
внешними
–
атмосфера, гидросфера, биосфера и внутренними,
которые называют геосферами: земной коры, мантии
и ядра. Границы между ними достаточно условны.
5

6.

2.5 Строение Земли: внутренние оболочки
Земная кора самая верхняя и тонкая каменная оболочка
Земли (35–80 км под континентами; 6–15 км под океанами; в
среднем ~ 30 км). Средняя плотность ~ 2,8г/см3. Нижняя граница з.
к. проходит по слою Мохоровичича (сокращённо Мохо или М), где
отмечено увеличение скоростей распространения продольных и
поперечных сейсмических.
Процентное содержание элементов в земной коре (кларки) до
глубины 20 км
Элементы
O
Si
Al
Fe
Ca
Na
K
Mg
Прочие
Содержание в Земной коре, вес, %
По Ф. Кларку
По А. Е. Ферсману
50,02
25,80
7,30
4,18
3,22
2,36
2,28
2,08
2,76
49,13
26,00
7,45
4,20
3,25
2,24
2,35
2,35
2,87
6

7.

ТИПЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Океаническая
мощность – от 5 до 9 (15) км, чаще 6–7 км
1) осадочный слой – верхний слой,
мощность которого колеблется от
нескольких сотен метров до 1–1,5 км;
2) базальтовый слой – сложен
подушечными лавами базальтов
океанического типа (мощность от 1,0–1,5
до 2,5–3 км);
3) габбро – мощность 3,5–5 км.
Континентальная
мощность – от 20–25 км до 80 км, в
среднем 40 км
1) осадочный слой сложен глинистыми
осадками и карбонатами мелководных
морских бассейнов, мощность от 0–15 км.
2) гранитный слой – мощность слоя
составляет от 15 до 50 км.
3) базальтовый слой – мощность – 15–20
км.
7

8.

Мантия распространяется до глубины ~ 2900км. Это самая массивная из оболочек
Земли – она составляет 83% объёма Земли и более 68% её массы.
В мантии Земли по строению, составу и свойствам выделяют три слоя:
• слой Гуттенберга до глубины 200–400 км – слой B;
• слой Галицина до 700–1050 км – слой C;
• нижняя мантия – до 2885 км – слой D.
Состав мантии отвечает составу каменных метеоритов (хондритов). Считается, что
верхняя мантия сложена магматическими породами ультраосновного состава, главным
образом перидотитами (оливин (80%) + пироксен (20%)).
Хондриты – каменные метеориты,
содержащие
хондры
–
сферические или эллиптические
образования
преимущественно
силикатного состава
Перидотит
8

9.

Астеносфера верхний слой верхней мантии Земли, как бы
«размягчённых» пластичных горных пород, с пониженными
скоростями сейсмических волн, особенно поперечных, а также
повышенной электрической проводимостью – оно более вязкое и
пластичное по отношению к горным породам вышележащей з. к. и
нижележащей мантии, вследствие этого астеносфера не обладает
прочностью и может пластично деформироваться, вплоть до
способности течь даже под действием очень малых избыточных
давлений.
Кровля астеносферы лежит под материками на глубине 80–
100 км, под океанами 50–70 км (иногда менее), нижняя граница
астеносферы на глубине 250–300 км.
Литосфера – твёрдая оболочка земли, включающая земную
кору и верхнюю мантию. Нижняя граница литосферы является
верхней границей астеносферы.
Литосферная мантия – подстилает земную кору, от которой
отделяется границей Мохо. Совместно с корой образует
литосферу.
9

10.

Конвективные потоки вещества
в мантии
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность Земли,
являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования
рудных месторождений.
10

11.

• Земное ядро состоит из внешнего (жидкого) ядра – слой Е и внутреннего (твёрдого)
ядра – слой G, который также называется субъядром.
• Согласно термодинамическим расчётам температура на внешней границе ядра
достигает 2500–3000оС. Средняя плотность ядра – 5,520 г/см3.
• Современные специалисты считают, что земное ядро почти на 90 % представляет собой
железо с примесью кислорода, серы, углерода и водорода, причём внутреннее ядро
имеет железоникелевый состав, что полностью отвечает составу ряда метеоритов.
! Магнитное поле Земли – результат процессов, протекающих в ядре Земли.
11

12.

2.6 Геотектонические гипотезы
ГИПОТЕЗА ПОДНЯТИЙ
2 пол. XVIII в.
ГИПОТЕЗА КОНТРАКЦИИ
30-ые гг.. XIX в.
М. В. Ломоносов, Дж. Хаттон
Эли де Бомон
движущей силой тектонических
процессов является внутреннее
тепло Земли
основана на представлениях о
первично расплавленном
состоянии вещества Земли (КантЛаплас)
ГИПОТЕЗА ГЛУБИННОЙ
ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ
30-50-ые гг.. XX в.
ГИПОТЕЗА
«КРИТИЧЕСКИХ»
ПАРАЛЛЕЛЕЙ
XIX в.
ГИПОТЕЗА РАСШИРЕНИЯ
ЗЕМЛИ
30-ые гг.. XX в.
М. Усов, В.А. Обручев, Е.Е.
Милановский
Б. Линдеман, О. Хильгенберг
теория расширения / сужения
Земли
ГИПОТЕЗА ДРЕЙФА
КОНТИНЕНТОВ
нач . XX в.
Земля испытывает постоянное
расширение и увеличение своего
радиуса
«ПЛЕЙТТЕКТОНИКА»
60-ые гг. XX в.
А. Вегенер
Ф. Тейлор, А. Вегенер
В.В. Белоусов, Р.В. Ван Беммелен
усовершенствованная теория
поднятий. Дифференциация
верхней мантии под влиянием
радиоактивного тепла
ПУЛЬСАЦИОННАЯ
ГИПОТЕЗА
1 треть XX в.
замедление вращения Земли
приводит к перераспределению
земного вещества, в земной коре
создаются геодинамические
напряжения
суперматерик Пангея раскололся,
материки раздвигались, и на
местах разломов формировалась
океаническая кора
литосферные плиты, движутся по
астеносфере. Три типа
перемещения: расхождение
(дивергенция), схождение
(конвергенция), скольжение
12

13.

2.6 Геотектонические гипотезы
ГИПОТЕЗА ПЛЮМОВ И ГОРЯЧИХ ПОЛЕЙ
ГИПОТЕЗА ПОДКОРОВЫХ
КОНВЕКЦИОННЫХ
ТЕЧЕНИЙ
1924 г..
Мантийные плюмы представляют собой сравнительно узкие колонны разогретого вещества,
поднимающиеся из глубоких слоёв мантии. Плюмы зарождаются на глубине не менее 700 км, а
диаметр их составляет от 100 до 240 км, а скорость подъёма 2 м/год.
Горячие точки определяются как участки земной поверхности с необычно высокой вулканической
активностью в настоящее время или проявлявшейся в прошлом.
Д. Джоли
влиянии тепла радиоактивного
распада элементов на
тектонические движения
13

14.

2.7 Принцип актуализма и сравнительно исторический метод
Все палеогеографические реконструкции основываются на принципе актуализма
(Ч. Лайель, в 1830–1833 гг).
Сущность метода актуализма:
все геологические тела, все структуры земной коры являются действиями тех же
геологических процессов, которые происходят и сейчас, создавались в тех же
палеогеографических обстановках, какие наблюдаются сейчас.
!Ограничения метода:
• некоторые из древних отложений вообще не имеют современных аналогов;
другие – имеют, но эти аналоги накапливались в заведомо иных условиях;
• метод даёт лишь общую гидродинамическую, геохимическую и т. п.
характеристику.
Чарльз Лайель
(1797–1875)
С целью преодоления этих ограничений Н. М. Страховым был предложен сравнительно-литологический метод. Его суть заключается в детальном изучении
современных осадков и их последовательное сравнение со всеми более древними
отложениями данной группы для выявления изменений условий осадконакопления
в ходе геологической истории.
14

15.

2.8 Общий обзор геодинамических процессов
Геологические (геодинамические) процессы (явления) – процессы, протекающие в литосфере (геологической
среде) и имеющие следствием изменения структуры, состава, состояния и свойств слагающих её компонентов
(минералов, горных пород, подземных вод, рельефа и присущих им физических полей).
ВНУТРЕННЕЙ ДИНАМИКИ
(ЭНДОГЕННЫЕ)
ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ
ВНЕШНЕЙ ДИНАМИКИ
(ЭКЗОГЕННЫЕ)
Для протекания любого процесса
требуется энергия
Интенсивность и выраженность
любого процесса зависит от
объёмов энергии и способов её
реализации (использования) в
процессе.
15

16.

ВНУТРЕННИЕ
(ЭНДОГЕННЫЕ)
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ НА
ЗЕМЛЕ
ВНЕШНИЕ
(ЭКЗОГЕННЫЕ)
ГРАВИТАЦИОННАЯ
ЭНЕРГИЯ
(ФОН И ФАКТОР)
ВНУТРЕННЕ ТЕПЛО
ЗЕМЛИ
РАДИАЦИОННАЯ
ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА
«КОСМИЧЕСКИЕ
ЭНЕРГИИ»
16

17.

Процессы внутренней динамики (эндогенные):
Магматизм
Тектонические движения
Землетрясения
17

18.

Процессы внешней динамики (экзогенные):
Гипергенез
Карст
Геологическая деятельность:
• Мирового океана;
• Подземных вод;
• Ветра;
• Ледников
Гравитационные процессы
18