Общее понятие о литосфере. Происхождение литосферы

Введение

 

Глава 1. Общее понятие о литосфере. Происхождение литосферы

 

Глава 2. Строение литосферы (типы земной коры)

 

Глава 3. Особенности динамики литосферы. Значение движений литосферы для географической оболочки Земли

 

Глава 4. Экологические проблемы литосферы

 

Список использованных источников

 

 

Введение

 

Актуальность проблемы. Актуальность экологического изучения литосферы обусловленная тем, что литосфера есть средой всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности (составных природной среды), через значительные изменения, которого развивается глобальный экологический кризис. В верхней части континентальной земной коры развиты грунты, значение которых для человека тяжело переоценить.

 

Задача: рассмотреть происхождение, строение литосферы

 

литосфера земной кора

 

 

Глава 1. Общее понятие о литосфере. Происхождение литосферы

 

Литосфера - это внешняя оболочка «твёрдой» Земли, расположенная ниже атмосферы и гидросферы над астеносферой. Мощность литосферы изменяется от 50 км (под океанами) до 100 км (под материками). В её составе - земная кора и субстрат, входящий в состав верхней мантии. Границей между земной корой и субстратом служит поверхность Мохоровичича, при пересечении которой сверху вниз скачкообразно увеличивается скорость продольных сейсмических волн. Литосфера не есть единое целое. Пространственное (горизонтальное) строение литосферы представлено её крупными блоками - так называемыми литосферными плитами, отделёнными друг от друга глубинными тектоническими разломами. Сейчас литосфера Земли состоит из семи больших плит и нескольких более мелких плит. Литосферные плиты скользят в определенных направлениях, наезжая при этом друг на друга.

 

В границах литосферы периодически происходили и происходят грозные экологические процессы (сдвиги, сели, обвалы, эрозия), которые имеют огромное значение для формирования экологических ситуаций в определенном регионе планеты, а иногда приводят к глобальным экологическим катастрофам.

 

Приблизительно 5,5 млрд. лет назад из холодного планетного вещества возникли первые планеты, в той числе и первичная Земля. В это время она была космическим телом, но еще не стала планетой, атмосферы и гидросферы тогда не существовало, поверхность планеты была совершенно безжизненна. Протоземля представляла собой холодное скопление космического вещества. Под влиянием гравитационного уплотнения, нагревания от беспрерывных ударов космических тел (комет и метеоритов) и выделении тепла радиоактивными элементами поверхность Протеземли стала нагреваться. Когда температура недр достигла уровня плавления окислов железа и других соединений, начались активные процессы формирования ядра и основных оболочек планеты.

 

Общим процессом формирования оболочек Земли, согласно гипотезе академика А.П. Виноградова, послужило зонное плавление в мантии, располагающейся вокруг ядра. При этом тугоплавкие и тяжелые элементы погружались вниз, образуя и наращивая ядро, а легкоплавкие и легкие по массе элементы поднимались вверх, образуя земную кору и литосферу.

 

Глава 2. Строение литосферы (типы Земной коры)

 

Земная кора -- каменистая оболочка, сложенная твердым веществом с избытком кремнезема, щелочи, воды и недостаточным количеством магния и железа. Она отделяется от верхней мантии границей Мохоровичича (слоем Мохо), на которой происходит скачок скоростей продольных сейсмических волн примерно до 8 км/с. Этот рубеж, установленный в 1909 г. югославским ученым А. Мохоровичичем, как считают, совпадает с внешней перидотитовой оболочкой верхней мантии. Мощность земной коры (1% от общей массы Земли) составляет в среднем 35 км: под молодыми складчатыми горами на континентах она увеличивается до 80 км, а под срединно-океаническими хребтами уменьшается до 6 -- 7 км (считая от поверхности океанского дна).

 

Мантия представляет собой наибольшую по объему и весу оболочку Земли, простирающуюся от подошвы земной коры до границы Гутенберга, соответствующей глубине приблизительно 2900 км и принимаемой за нижнюю границу мантии. Мантию подразделяют на нижнюю (50% массы Земли) и верхнюю (18%). Внешняя «твердая» оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии, образует литосферу (рис. 2.1). Ее мощность составляет 50-200км. По строению и мощности выделяют четыре типа земной коры, которые соответствуют четырем наиболее крупным формам поверхности Земли (рис. 2.2).

 

Рис. 2.1. Внутреннее строение Земли

 

Рис. 2.2. Типы земной коры (по М.В. Муратову): 1- вода; 2 - осадочный слой; 3 - гранитный слой; 4 - базальтовый слой; 5 - мантия Земли; 6 - участки мантии, сложенные породами повышенной мощности; 7 - участки мантии, сложенные породами пониженной мощности; 8 - глубинные разломы; 9 - вулканический конус

 

Первый тип называется материковым, его мощность 30--40 км, под молодыми горами она увеличивается до 80 км. Этот тип земной коры соответствует в рельефе материковым выступам (включается подводная окраина материка). Наиболее распространено деление ее на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Осадочный слой, толщиной до 15--20 км, сложен слоистыми осадками (преобладают глины и глинистые сланцы, широко представлены песчаные, карбонатные и вулканогенные породы). Гранитный слой (мощность 10--15 км) состоит из метаморфических и изверженных кислых пород с содержанием кремнезема свыше 65 %, близких по своим свойствам к граниту; наиболее распространены гнейсы, гранодиори- ты и диориты, граниты, кристаллические сланцы. Нижний слой наиболее плотный, толщиной 15--35 км, получил название базальтового за сходство с базальтами. Средняя плотность материковой коры 2,7 г/см3. Между гранитным и базальтовым слоями лежит граница Конрада, названная по фамилии открывшего ее австрийского геофизика. Название слоев -- гранитный и базальтовый -- условны, они даны по скоростям прохождения сейсмических волн. Современное название слоев несколько иное (Е. В. Хаин, М.Г. Ломизе): второй слой называется гранитно-метаморфическим, так как собственно гранитов в нем почти нет, сложен он гнейсами и кристаллическими сланцами. Третий слой -- гранулитобазитовый, его образуют силь- нометаморфизованные горные породы (таблица).

 

Таблица 1. Химический состав континентальной и океанической коры (по С.В. Аплонову, 2001)

 

Оксиды

 

Содержание в %

 

Континентальная кора

 

Океаническая кора

 

SiO2

 

60,2

 

48,6

 

TiО2

 

0,7

 

1.4

 

Al2O3

 

15,2

 

16,5

 

Fе2O3

 

2,5

 

2,3

 

FeO

 

3,8

 

6,2

 

MnO

 

0,1

 

0,2

 

MgO

 

3,1

 

6,8

 

CaO

 

5,5

 

12,3

 

Na2O

 

3,0

 

2,6

 

K2O

 

2,8

 

0,4

 

Второй тип земной коры -- переходный, или геосинклинальный, -- со- Огпотствует переходным зонам (геосинклиналям). Расположены переходные зоны у восточных берегов материка Евразии, у восточных и западных берегов Северной и Южной Америки. Имеют следующее классическое * I роение: котловина окраинного моря, островные дуги и глубоководный желоб. Под котловинами морей и глубоководными желобами нетгранитно- слоя, земная кора состоит из осадочного слоя повышенной мощности и ft (пальтового. Гранитный слой появляется только в островных дугах. Средний мощность геосинклинального типа земной коры 15--30 км.

 

Третий тип -- океаническая земная кора, соответствует ложу океана, мощность коры 5--10 км. Имеет двухслойное строение: первый слой -- осадочный, образован глинисто-кремнисто-карбонатными породами; второй слой состоит из полнокристаллических магматических пород основно- I о состава (габбро). Между осадочным и базальтовым слоями выделяется промежуточный слой, состоящий из базальтовых лав с прослоями осадочных пород. Поэтому иногда говорят о трехслойном строении океанической коры.

 

Четвертый тип --рифтогенная земная кора, характерна для средин- но-океанических хребтов, ее мощность 1,5--2 км. В срединно-океаниче- ских хребтах близко к поверхности подходят породы мантии. Мощность осадочного слоя 1--2 км, базальтовый слой в рифтовых долинах выклиии- иается.

 

Глава 3. Особенности динамики литосферы. значение движений литосферы для географической оболочки Земли

 

Динамика литосферы, один из важнейших вопросов геодинамики, была на протяжении многих лет предметом геологических и геофизических исследований, основанных на различных подходах, иногда взаимно исключающих. По мере накопления данных, в разное время преобладали различные концепции о происхождении современной конфигурации земной поверхности, истории ее развития и о движущих силах ее эволюции. Первоначально большая часть данных была получена геологическими методами, различающимися по степени детальности и по масштабам охватываемой части земной поверхности. К числу первых наблюдений, вызвавших широкие дискуссии о возможных глобальных горизонтальных перемещениях литосферных плит, относятся выявленные полосовые магнитные аномалии, простирающиеся вдоль срединных океанических хребтов, которые в тектонике плит объясняются раздвиганием (спредингом) дна океанов и периодическими сменами ориентации глобального магнитного поля. Примерно в то же время сейсмология внесла свой вклад в понимание динамики литосферы на основе такой информации, как глобальное распределение сейсмических поясов, фокальные механизмы землетрясений в трансформных разломах, азимуты векторов смещений по разрывам при землетрясениях в зонах субдукции.

 

Сопоставление различных данных о движениях литосферы долгое время позволяло смоделировать весьма приблизительную общую картину динамики земной поверхности, что было обусловлено разнообразием гипотез о движущих силах наблюдаемых процессов. Из приведенных выше данных информация о скорости движения содержится только в структуре полосовых магнитных аномалий, а направления движения определяются из сейсмологических наблюдений и ориентации трансформных разломов. По совокупности этих данных были определены векторы относительного вращения плит, в том числе общепринятая модель NUVEL-1A, в которой скорости осреднены за последние 3 млн. лет.

 

Данную модель принято называть геологической, имея в виду геологический масштаб периода времени, к которому она отнесена. Однако вопрос о возможности построения объективной и точной модели современных геодинамических процессов на земной поверхности остается открытым, так как возникает несколько серьезных проблем при попытке отождествления геологических моделей движения плит с современными движениями. Более конкретно, в данной работе исследуются следующие вопросы: - соотношение осредненных за 3 млн. лет и современных скоростей; - реальная точность геологических моделей в связи с тем, что они основаны на информации только по океаническим областям; - влияние возможных систематических ошибок в данных по векторам смещений в связи с возможным влиянием сейсмической анизотропии.

 

Объективность модели подразумевает использование только таких априорных гипотез, которые допускают апостериорную проверку прямым сопоставлением с наблюдениями. Точность моделирования обусловлена, с одной стороны, уровнем технологии и объемом измерений, а, с другой стороны, методологией обработки и интерпретации наблюдений. В последние годы развитие методов космической геодезии позволило осуществить прямые измерения современных движений литосферных плит и деформаций на их границах в планетарном масштабе с высокой точностью, и, тем самым, подтвердить или опровергнуть многие существовавшие до сих пор гипотезы о конфигурации и природе границ литосферных плит.

 

Движение литосферных плит (крупнейшие: Евразийская, Индо-Австралийская, Тихоокеанская, Африканская, Северо-Американская, Южно-Американская, Антарктическая) происходит по астеносфере - слою верхней мантии, который подстилает литосферу и обладает вязкостью и пластичностью. В местах срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и раздвигаются по оси разломов или рифтов в стороны - спрединг (англ. spreading - расширение, распространение). Но поверхность земного шара не может увеличиваться.

 

Возникновение новых участков земной коры по сторонам от срединно-океанических хребтов должно где-то компенсироваться ее исчезновением. Если мы считаем, что литосферные плиты достаточно устойчивы, естественно предположить, что исчезновение коры, как и образование новой, должно происходить на границах сближающихся плит. При этом могут быть три различных случая:

 

-сближаются два участка  океанической коры;

 

-участок континентальной  коры сближается с участком  океанической;

 

-сближаются два участка  континентальной коры.

 

Процесс, происходящий при сближении участков океанической коры, может быть схематически описан так: край одной плиты несколько поднимается, образуя островную дугу; другой уходит под него, здесь уровень верхней поверхности литосферы понижается, формируется глубоководный океанический желоб. Таковы Алеутские острова и обрамляющий их Алеутский желоб; Курильские острова и Курило-Камчатский желоб; Японские острова и Японский желоб; Марианские острова и Марианский желоб - это в Тихом океане. В Атлантическом - Антильские острова и желоб Пуэрто-Рико; Южные Сандвичевы острова и Южно-Сандвичев желоб.

 

Движение плит относительно друг друга сопровождается значительными механическими напряжениями, поэтому во всех этих местах наблюдаются высокая сейсмичность, интенсивная вулканическая деятельность. Очаги землетрясений располагаются в основном на поверхности соприкосновения двух плит и могут быть на большой глубине. Край плиты, ушедшей вглубь, погружается в мантию, где постепенно превращается в мантийное вещество. Погружающаяся плита подвергается разогреву, из нее выплавляется магма, которая изливается в вулканах островных дуг.

 

Процесс погружения одной плиты под другую носит название субдукция (буквально - поддвигание). Когда движутся друг другу навстречу участки континентальной и океанической коры, процесс идет примерно также, как в случае встречи двух участков океанической коры, только вместо островной дуги образуется мощная цепь гор вдоль берега материка. Так же погружается океаническая кора под материковый край плиты образуя глубоководные желоба (характерны интенсивные вулканические и сейсмические процессы). Типичный пример - Кордильеры Центральной и Южной Америки и идущая вдоль берега система желобов - Центральноамериканский, Перуанский и Чилийский.

 

При сближении двух участков континентальной коры край каждой из них испытывает складкообразование (характерны разломы, формируются горы, интенсивны сейсмические процессы). Наблюдается и вулканизм, но меньше, чем в первых двух случаях, т.к. земная кора в таких местах очень мощная. Так образовался Альпийско-Гималайский горный пояс, протянувшийся от Северной Африки и западной оконечности Европы через всю Евразию до Индокитая; в его состав входят самые высокие горы на Земле, по всему его протяжению наблюдается высокая сейсмичность, на западе пояса есть действующие вулканы (рис. 3.1).