Елена Гороховская - Концепции современного естествознания. Часть 2. Биология и геология

Плотность литосферы 2,8 г/см 3Земная кора почти наполовину состоит из кислорода и более чем на четверть из кремния. Значительная доля принадлежит также алюминию, магнию, кальцию, натрию и калию. Кислород, кремний, алюминий дают наиболее распространённые в коре соединения – кремнезём (SiO 2) и глинозём (A1 2O 3). Мантия состоит преимущественно из тяжёлых минералов, богатых магнием и железом. Они образуют соединения с SiO 2(силикаты). В общем случае в строении коры Земли выделяют 3 слоя: осадочных горных пород, гранитов под материками (в океанической коре этот слой отсутствует) и, под ними, плотных базальтов (разделение на слои с таким названием не означает, что породы действительно имеют состав гранитов или базальтов, это только значит, что по сейсмическим характеристикам, т.е. по скоростям прохождения сейсмических волн через этот слой они сходны с соответствующими породами).

Земная кора имеет сложный рельеф . Она имеет толщину 4–6 км под океанами и 30— 70 км под материками. В рельефе суши различают горные системы, плоскогорья и равнины, а также подчиненные им формы. При этом, под горами находится приблизительно симметричная часть горы (эффект «зеркального отражения»), что объясняется теорией изостазии , говорящей, что горы, подобно плавающим айсбергам, должны иметь соответствующую подземную часть: по закону Архимеда вес погруженного тела (коры) равен весу вытесненной им жидкости – мантийного вещества (как уже было сказано, на больших временах (сотни миллионов лет) вещество Земли ведет себя как вязкая жидкость), при этом плотность пород высоких гор ниже плотности равнинных пород.

Область между корой и ядром называется мантией. В мантии температура везде ниже температуры полного расплавления слагающего её материала. Под материковой корой она предполагается близкой к 600— 700 oС. В астеносфере температура, по-видимому, близка к точке плавления (1500— 1800 oС). В более глубоких слоях мантии из-за повышения давления ее температура оказывается опять выше ее температуры плавления и она становится более твердой (как стекло, т.е. ее вязкость возрастает на много порядков): материал мантии был бы расплавлен, если бы не высокое давление, вследствие которого вся мантия находится в твёрдом кристаллическом состоянии, за исключением, вероятно, астеносферы (агрегатное состояние вещества земных недр обусловлено наличием высоких температур и давлений).

Рассмотрев общую структуру Земли обратимся к наиболее важным для обитателей Земли представлениям теории тектоники литосферных плит – крупных, до многих миллионов км 2, глыб земной литосферы, фундамент которых образуют сильно смятые в складки магматические, метаморфизированные и гранитные породы, прикрытые сверху 3–4 километровым «чехлом» осадочных пород. Рельеф платформы составляют обширные равнины и отдельные горные хребты. Ядром каждого материка является одна или несколько древних платформ, окаймленных горными хребтами.

Начало XX в. ознаменовалось появлением гипотезы, которой в дальнейшем было суждено сыграть ключевую роль в науках о Земле. Ф. Тейлор (1910), а вслед за ним А. Вегенер (1912) высказали идею о горизонтальных перемещениях материков на большие расстояния (дрейфе материков), но «В 30-е годы XX в. в тектонике утвердилось течение, считавшее ведущим типом движений земной коры вертикальные движения, в основе которых лежали процессы дифференциации вещества мантии Земли. Оно получило название фиксизма, ибо признавало постоянно фиксированным положение блоков коры относительно подстилающей мантии» [Геология… с. 43, 33–34]. Однако в 1960-х гг. после открытия в океанах глобальной системы срединно-океанических хребтов, опоясывающих весь земной шар и местами выходящих на сушу, и ряда других результатов происходит возврат к идеям начала XX в. о дрейфе континентов, но уже в новой форме – тектоники плит, которая остается ведущей теорией в науках о Земле. Она вытеснила господствовавшее в середине XX века представление о ведущей роли в смещениях и деформациях земной коры вертикальных движений и вывела на первое место горизонтальные перемещения литосферных плит, включавших не только кору, но и верхи мантии [Хаин 2002].

«Основные положения тектоники плит сводятся к следующему. Литосфера подстилается менее вязкой астеносферой . Литосфера разделена на ограниченное число больших (7) и малых плит, границы которых проводятся по сгущению очагов землетрясений. К числу крупных плит принадлежат: Тихоокеанская, Евразиатская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Индо-Австралийская, Антарктическая. Литосферные плиты, движущиеся по астеносфере, обладают жёсткостью и монолитностью. При этом «континенты не прокладывают себе путь сквозь океаническое дно под воздействием какой-то невидимой силы (что предполагалось в первоначальной версии «дрейфа материков»), а пассивно плывут по мантийному материалу, который поднимается вверх под гребнем хребта и затем распространяется от него в обе стороны». В этой модели океаническое дно «представляется гигантской конвейерной лентой, выходящей на поверхность в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов и затем скрывающихся в глубоководных желобах»: расширение ( спрединг) ложа океанов в связи с расхождением плит вдоль осей срединных хребтов и рождение новой океанской коры компенсируется её поглощением в зонах поддвига ( субдукции ) океанской коры в глубоководных желобах, благодаря чему объём Земли остаётся постоянным. Этот процесс сопровождается «многочисленными мелкофокусными землятресениями (с эпицентрами на глубине нескольких десятков километров) в рифтовых зонах и глубокофокусными землятресениями в районе глубоководных желобов (рис. 12.2, 12.3) [Еськов, с. 43, 44].