Верхний слой земной коры способный производить урожай

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 19.09.2024

Горные породы земной коры. Земная кора сложена горными породами разного происхождения и состава. По происхождению горные породы подразделяют на магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические породы образуются в недрах Земли в условиях высоких температур и давлений в результате кристаллизации магмы. Они составляют 95 % массы вещества, слагающего земную кору. В зависимости от условий, в которых происходил процесс застывания магмы, формируются интрузивные (образовавшиеся на глубине) и эффузивные (излившиеся на поверхность) горные породы. К интрузивным породам относятся гранит, габбро, к изверженным – базальт, липарит, вулканический туф и др.

Рис. 8. Соотношение земной коры, мантии и литосферы

Осадочные породы образуются на земной поверхности различными путями. Часть из них формируется из продуктов механического разрушения пород, образовавшихся ранее (обломочные – пески, галечники); часть – за счет жизнедеятельности организмов (органогенные – известняки, мел, ракушечник; кремнистые породы, каменный и бурый уголь); часть – в результате химического осаждения из водных растворов или при испарении воды (химические: каменная соль, гипс).

Метаморфические породы образуются в результате превращения пород другого происхождения (магматических, осадочных) под воздействием различных факторов: высокой температуры и давления в недрах, контакта с породами другого химического состава и т. д. (гнейсы, кристаллические сланцы, мрамор и др.).

Большую часть объема земной коры занимают кристаллические породы магматического и метаморфического происхождения (около 90 %). Однако для географической оболочки более существенна роль маломощного и прерывистого осадочного слоя, который на большей части земной поверхности непосредственно контактирует с водой, воздухом, принимает активное участие в географических процессах (мощность 2,2 км – от 12 км в прогибах до 400–500 м в океаническом ложе). Наиболее распространены глины и глинистые сланцы, пески и песчаники, карбонатные породы. Важную роль в географической оболочке играют лёссы и лёссовидные суглинки, слагающие поверхность земной коры во внеледниковых районах северного полушария.

Рис. 9. 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

В земной коре – верхней части литосферы – обнаружено 90 химических элементов, но только 8 из них широко распространены и составляют 97,2 %. По А.Е. Ферсману, они распределяются следующим образом: кислород – 49 %, кремний – 26, алюминий – 7,5, железо – 4,2, кальций – 3,3, натрий – 2,4, калий – 2,4, магний – 2,4 %.

Типы земной коры. По строению и мощности выделяют четыре типа земной коры, которые соответствуют четырем наиболее крупным формам поверхности Земли (рис. 9).

Первый тип называется материковым, его мощность 30–40 км, под молодыми горами он увеличивается до 80 км. Этот тип земной коры соответствует в рельефе материковым выступам (включается подводная окраина материка). Наиболее распространено деление коры 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, толщиной 10–15 км, состоит из метаморфических и изверженных кислых пород с содержанием кремнезема свыше 65 %, близких по своим свойствам к граниту; наиболее распространены гнейсы, гранодиориты 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/см 3 . Между гранитным и базальтовым слоями лежит граница Конрада, названная по фамилии открывшего ее австрийского геофизика. Названия слоев – гранитный и базальтовый – условны, они даны по скоростям прохождения сейсмических волн. Современное название слоев несколько иное (Е.В. Хайн, 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 сильнометаморфизованные горные породы (табл. 4, рис. 10).

Химический состав континентальной и океанической коры (по Аплонову, 2001)

Второй тип земной коры – переходный, или геосинклинальный, – соответствует переходным зонам (геосинклиналям ). Расположены переходные зоны у восточных берегов материка Евразии, у восточных и западных берегов Северной и Южной Америки. Имеют следующее классическое строение: котловина окраинного моря, островные дуги и глубоководный желоб. Под котловинами морей и глубоководными желобами нет гранитного слоя, земная кора состоит из осадочного слоя повышенной мощности и базальтового. Гранитный слой появляется только в островных дугах. Средняя мощность геосинклинального типа земной коры 15–30 км.

Рис. 10. Строение континентальной и океанической земной коры по современным представлениям

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 основного 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 (рис. 10).

Четвертый тип – рифтогенная земная кора – характерен для срединно-океанических хребтов, мощность коры 1,5–2 км. В срединноокеанических хребтах близко к поверхности подходят породы мантии. Мощность осадочного слоя 1–2 км, базальтовый слой в рифтовых долинах выклинивается.

Земная кора – это наружная часть литосферы. Она представляет собой твёрдую внешнюю оболочку земного шара, состоящую из горных пород, минералов и биогенных отложений. Большая часть земной коры покрыта водами Мирового океана (гидросферой), а меньшая – активно взаимодействует с воздушной оболочкой Земли (атмосферой). Средняя мощность твёрдой оболочки составляет 35-40 км, причём под океанами её толщина минимальна, а под материками максимальна. В масштабах планеты толщину земной коры можно сравнить с толщиной кожуры яблока.

До глубины 20-30 м температура внутри земной коры не изменяется, а далее начинает увеличиваться примерно на 30С на каждые 100 м.

Строение земной коры

Земная кора состоит из отдельных слоёв горных пород, различающихся по своему происхождению, плотности и мощности.

Таблица: Строение коры Земли, слои, происхождение и особенности

Название слоя	Происхождение горных пород	Описание
Осадочный	В результате накопления осадков – ила, органических остатков, продуктов выветривания (глины, известняк, ракушечник, песок, соль, мел).	Наружный слой земной коры. Сложен рыхлыми горными породами, легко поддающимися выветриванию и вымыванию.
Гранитный	В результате застывания раскалённой магмы – граниты, гнейсы.	Промежуточный слой земной коры. Имеет кристаллическую структуру, на материках может выходить на поверхность Земли.
Базальтовый	В результате извержения вулканов - базальты, габбро.	Находится на границе с мантией. Структура горных пород не изучена.

Осадочный и гранитный слой достаточно хорошо изучены, так как их можно увидеть на поверхности Земли. Базальтовый слой до сих пор остаётся для учёных загадкой. Даже 10-километровая сверхглубокая скважина, расположенная на Кольском полуострове, не смогла достигнуть глубины залегания базальтового слоя.

Установить структуру земной коры стало возможным благодаря сейсмолокации. Скорость и направление прохождения сейсмических волн, которые возникают при землетрясении, зависят от плотности и упругости горных пород. Так, изучая сейсмические волны, учёные смогли составить характеристику отдельных слоёв земной коры.

Типы земной коры

Выделяют два типа земной коры - материковую и океаническую. Наибольшая часть от общей площади земной коры - 56%, приходится на океаническую, а меньшая –44%, на материковую.

Материковая и океаническая земная кора различаются по толщине и количеству слоёв горных пород.

Осадочный.
Гранитный.
Базальтовый.

Осадочный
Базальтовый

Известно, что максимальной толщины в 80 км материковая земная кора достигает под самой высокой горной системой мира – Гималаями.

Химические элементы в составе земной коры

Химические элементы, на которые приходятся оставшийся 1%, называются рассеянными.

Химические элементы взаимодействуют между собой и образуют соединения, из которых состоят минералы. Общий перечень известных в настоящее время минералов состоит из 6000 наименований. Только 100-150 из них можно отнести к распространённым, остальные встречаются крайне редко.

Как изменяется земная кора

Изменения в земной коре происходят под воздействием внешних и внутренних сил:

Внутренние силы – это энергия земных недр. Со временем она накапливается и вырывается наружу, вызывая землетрясения, извержения вулканов.
Внешние силы - это энергия Солнца, которая преобразуется в энергию ветра, воды, выражается в перепадах температуры, является основой жизнедеятельности живых организмов. Под действием внешних сил разрушаются горы, твёрдые камни превращаются в песок, текучие воды вымывают глубокие русла рек и формируют долины. Деятельность человека тоже относится к внешним силам.

Изменения в земной коре происходят очень медленно, поэтому за свою жизнь человек не может их заметить.

Зачем нужно изучать земную кору

Основной наукой, изучающей земную кору в целом, является геология. К предметам её изучения относятся состав, строение, движение и история развития земной коры, а также залегающих в ней полезных ископаемых.

Многие полезные ископаемые (уголь, нефть, руды металлов) необходимы для развития промышленности, их используют как топливо или сырьё для производства необходимых материалов и продуктов. Открытие новых месторождений полезных ископаемых важно для оценки имеющихся запасов и прогнозов по их использованию.

Изучение горных пород, слагающих слои земной коры, позволяют учёным делать выводы об историческом прошлом нашей планеты. По органическим горным породам можно определять, какие живые организмы населяли нашу планету в древности.

Слой так и называется "Плодородный слой" или "почва". Также применим и употребляется вариант "плодородная почва". Обычно глубина его не превышает полуметра в зависимости от региона. Существуют различные виды почвы - начиная от чернозема, краснозем, бурые плодородные почвы. В зависимости от погодных условий слой почвы может быть очень мал и быть не сформированным (как в тундре или в горах, на каменных формированиях). Самые богатые почвы - черноземные почвы России и Украины в степной зоне между Кавказом и зоной лесостепи.

Планета Земля, как и другие планеты Солнечной системы, имеет ярусно-оболочечное строение и состоит из нескольких неоднородных геосфер (рис. 1). Различают внешние геосферы (атмосфера, гидросфера) и внутренние (земная кора, мантия и ядро). Оболочки Земли находятся в сложном взаимодействии.

Атмосфера — газообразная оболочка Земли в приземных слоях, состоит из азота — 78,08 %, кислорода — 20,95, аргона — 0,92, диоксида углерода — 0,04 и других газов —0,01 %. Основная масса воздуха атмосферы ( 9 /₁₀) сосредоточена в тропосфере, в слое 0…10—16 км.

Строение Земли и земной коры

Отдельные ионы воздуха обнаружены на высоте около 2000 км от поверхности земной коры, а выше находится космическое пространство. На высоте 20—25 км расположен озоновый слой, который предохраняет все живые организмы на Земле от вредного коротковолнового излучения Солнца.

Температура воздуха в тропосфере до высоты примерно 12 км понижается на 5—6 ˚С на каждый километр. Уровень 12 км называют тропопаузой. Температура на этом уровне составляет около —50—60 °С, выше она повышается, а далее снова понижается.

Из общего количества излучения, испускаемого Солнцем в сторону Земли, 69 % расходуется на нагревание атмосферы, поверхности материков и океанов, всего 1—2 % используется растениями в фотосинтезе, а остальная энергия отражается в космическое пространство.

В атмосфере всегда присутствуют пыль различного происхождения, водяной пар, промышленные дымы, вулканические выделения и другие компоненты, которые мигрируют в составе перемещающихся воздушных масс.

Газовый состав атмосферы

Примерно 3—3,5 млрд лет тому назад был совсем иным. Основными компонентами приземного воздуха были NH₃, CH₄ и Н₂. Постепенное его изменение и современный состав стали возможными только с появлением жизни на Земле, в основном под влиянием живых организмов.

Гидросфера включает океаны, моря, озера, реки, ледяные пространства (подземные воды сюда не входят) и покрывает прерывистой оболочкой около 71 % поверхности Земли. Средняя плотность гидросферы 1,03 г/см 3 .

Концентрация солей в Мировом океане примерно 3,5 %. В разных морях концентрация солей неодинакова, например, в Средиземном море — около 3,9 %, в Балтийском — 0,7, в Черном море — 1,8 %. В воде океанов, морей и соляных озер растворено около 22 млн км 3 солей.

Таким количеством соли можно покрыть поверхность земного шара слоем толщиной более 50 м. В морской и океанической воде содержится в среднем (в %):

Из газов в Мировом океане преобладают азот и кислород. Средняя минерализация воды рек составляет всего 90 мг/л (по ионному составу), в основном гидрокарбонатная (НСО₃ – > SO₂ 2- >Cl – ), в противоположность сульфатно-хлоридному составу вод морей и океанов.

Состав земной коры

Земная кора состоит из трех слоев, в которых по происхождению преобладают те или иные горные породы: слой осадочных пород мощностью до 15км, ниже — гранитный слой до 40 км и еще ниже — базальтовый слой до 80 км (см. рис. 1).

Границы между ними условные. Для каждого слоя характерны определенные скорости прохождения сейсмических волн. Нижние зоны земной коры в связи с высокими температурами характеризуются присутствием очагов расплавленных минеральных масс (магмы).

Под влиянием высокого давления происходят процессы метаморфизма, т. е. переуплотнения минеральных образований с созданием иных кристаллических структур с новыми физическими свойствами.

Различают два наиболее распространенных типа земной коры: континентальный и океанический:

Континентальный тип состоит из трех главных слоев — осадочного, гранитного и базальтового.
Океанический — из осадочного и базальтового.

Однако такую классификацию типов земной коры некоторые ученые оспаривают. Они считают (Афанасьев и др.), что кора едина, как правило, состоит из трех слоев и различается только по мощности.

Мантия

Это мощная оболочка Земли, залегающая ниже земной коры. Граница между ними проходит по линии Мохоровичича (Мохо), по которой скорость сейсмических волн скачкообразно возрастает с 6—6,5 до 8,2 км/с.

По скорости прохождения сейсмических волн собственно мантию подразделяют на 3 зоны: верхнюю, среднюю и нижнюю. Верхняя мантия, называемая часто субстратом, вместе с земной корой образует литосферу — самую жесткую оболочку Земли, ниже которой находится близкий к расплавлению слой пониженной прочности — астеносфера.

В нижней мантии температура достигает 3000 °С, а давление — 1 млн атм, под влиянием которого происходят активные метаморфические процессы. До сих пор нет достоверных материалов о составе пород мантии. Предположительно это рудная оболочка с включением сильно метаморфизованных минералов и пород, имеющих особенно плотную кристаллическую упаковку.

Биосфера

Или зона жизни, — это особая оболочка Земли, охватывающая тропосферу (до 12—16 км), всю гидросферу и верхние слои (3—4км) осадочных пород земной коры.

В.И.Вернадский считал, что важнейшими свойствами биосферы являются: существование живых организмов (микроорганизмов, насекомых, растений, животных и др.); тесная связь живых существ с окружающей средой; постоянный материально-энергетический обмен ее с космосом; подвижное динамическое равновесие.

Под влиянием живых организмов образуются биогенные минералы и породы (фосфориты, селитры, известняки, торф, сапропель, горючие газы и сланцы, уголь и нефть), в которых аккумулировано большое количество солнечной энергии и химических элементов.

В результате жизненных процессов накапливаются кислород и диоксид углерода, устанавливается их определенное содержание и соотношение в атмосфере, под влиянием растительности регулируется круговорот воды в природе, увеличивается содержание минеральных элементов питания растений в верхних горизонтах осадочных пород в результате малого биологического круговорота веществ в природе и т. д.

Возникновение биосферы и ее развитие связаны с возникновением и развитием жизни на Земле. Наиболее древние следы жизни в виде бактерий и синезеленых водорослей обнаружены в осадочных и метаморфизованных горных породах, образовавшихся в архейскую эру (рис. 2). В протерозой живые организмы стали более разнообразными.

Кроме бактерий и водорослей встречались стоматолиты и бесскелетные животные — кишечнополостные. В палеозойскую эру, в силурийский геологический период, появились споровые растения, в период девона — голосеменные, а в пермский период — покрытосеменные растения. Постепенно шло эволюционное развитие животных организмов, в том числе позвоночных: от рыб к человеку.

Современный растительный и животный мир окончательно сформировался в последний — четвертичный — геологический период кайнозойской эры. В этот период образовались современные ландшафтные зоны, появился человек.

В геологические периоды развития жизни происходили также большие изменения в географических очертаниях материков и характере их поверхности. В поверхностном слое осадочных пород сформировались совершенно уникальные природные образования — почвы, без которых невозможно существование жизни на Земле.

Роль почвенного покрова в жизни Земли

Почвенный покров (педосфера), играя общепланетарную роль, находится в тесной взаимозависимости и постоянном взаимодействии с земной корой, живым населением планеты, гидросферой и атмосферой, играя общепланетарную роль.

Значение почвенного покрова заключается в следующем.

В аккумуляции энергии. Ежегодно вся наземная растительность, произрастающая на почвах, аккумулирует в результате фотосинтеза 0,5 • 10 15 кВт•ч солнечной энергии. Годовой расход этой энергии человечеством в виде топлива, пищи и кормов составляет 7,0 • 10 12 кВт•ч.
Кроме того, в пределах 16,2 • 10 12 кВт•ч каждый год расходуется ранее накопленная живыми организмами энергия (уголь, торф, нефть, горючие сланцы и др.).
В связи с этим может образоваться дефицит энергии, поэтому ученые занимаются поиском дополнительных ее источников (ядерная, ветра, рек и др.). Так как использование дополнительных источников энергии в мире невелико, то почвы еще долго будут оставаться главным поставщиком трансформированной энергии Солнца.
В нормальном функционировании биосферы, так как почвенный покров является ее наиболее активной частью. Достаточно сказать, что в 1 г почвы насчитывается не одна сотня миллионов микроорганизмов.
Жизнь всех насекомых в той или иной мере связана с почвой; все наземные животные в конечном итоге получают пищу благодаря почвам, которые являются местом обитания всех наземных растений.
Выделения живыми организмами в окружающую среду продуктов жизнедеятельности и обмена веществ, поступление органических и минеральных соединений, образующихся при их гниении после смерти, со временем значительно изменяют химический состав воздуха, воды и минеральной массы биосферы.
В поддержании определенного газового режима атмосферы Земли, содержания в ней кислорода, азота, диоксида углерода, водорода и паров воды. Газовый режим атмосферы регулируется системой: растения — животные, микроорганизмы — почвы, а также Мировым океаном.
В круговороте воды на земном шаре, включающем как важнейшее звено почвенную влагу. На почвы выпадает огромное количество атмосферной влаги; одна часть ее в результате физического испарения и транспирации растений снова поступает в атмосферу.
Другая — стекает в реки или, фильтруясь через почвы и верхние пласты осадочных пород, пополняет грунтовые воды, которые, обнажаясь, вытекают в виде бьющих из земли ключей.
Ключевые и делювиальные воды приносят в реки большое количество минеральных соединений, пополняя ими моря и океаны, оказывая влияние на состав их воды и донных отложений. Наряду с почвенным покровом огромное влияние на круговорот воды на земном шаре оказывает гидросфера.
В формировании осадочных пород земной коры и изменении их минералогического состава. Почвообразовательные процессы на Земле и одновременно идущие с ними процессы выветривания минералов и горных пород продолжались миллионы лет.
За это время в верхней части земной коры сформировался мощный пласт осадочных пород континентального и морского происхождения. В большей или меньшей степени они испытали на себе прямое действие почвенного покрова, древней растительности и животного мира соответствующих геологических периодов.
Происходило постепенное оглинивание рыхлых масс осадочных пород, образование вторичных минералов (кварца, лимонита и др.), неоднократное переотложение осадочных пород природными факторами с включением в их состав органических веществ и соединений минерального азота почвенного происхождения. Образование некоторых полезных ископаемых (торфа, болотной руды и др.) — непосредственный результат почвенных процессов.
В обеспечении основных условий существования человека, так как только почвы обладают плодородием и способностью производить урожай растительного вещества — основного энергетического биологического продукта, употребляемого человеком в пищу. Часть растительной массы, преобразованная животными организмами, также потребляется человеком в пищу. Растительные и животные сырьевые ресурсы широко используют для бытовых нужд и в промышленности.

Свойства почв и пород

Учитывают при строительстве зданий и сооружений, дорог, аэродромов и т. д., они значительно влияют на здоровье человека. Так, недостаток или избыток некоторых элементов в почвах сказывается на содержании этих элементов в растительной и животной пище и вызывает различные заболевания.

Например, недостаток йода вызывает заболевание щитовидной железы, цинка — кожные заболевания и т. д. От свойств почв зависят последствия техногенного и радиоактивного загрязнений территории. Необходимо также учитывать, что в почвах содержатся опасные для человека патогенные микроорганизмы.

Читайте также: