Литосфера
Литосфера (от греч. lithos — камень, spharia — шар) — верхняя «твердая» (каменная) оболочка Земли, постепенно переходящая с глубинной в сферы с меньшей прочностью вещества. Она включает в себя земную кору и часть верхней мантии Земли. На глубине около 100 км под материками и 50 км под океанами ниже подошвы земной коры находится астеносфера (от греч. asthenes). Это слой, обнаруженный в 1914 г. немецким геофизиком Б. Гутенбергом. В данном слое установлено резкое снижение скорости распространения упругих колебаний, что объясняют размягченностью вещества в нем. Предполагают, что вещество там находится в особом твердожидком состоянии; твердые гранулы окружены пленкой расплава.
Вещество астеносферы способно к вязкому или пластичному течению. По-видимому, именно в астеносфере происходят процессы, вызывающие горизонтальные и вертикальные движения больших участков земной коры. Мощность литосферы колеблется в пределах 50-200 км. Верхняя часть литосферы образует земную кору, а нижняя - верхнюю часть мантии Земли. Граница между этими частями литосферы определяется по скачку в изменении скорости распространения продольных и поперечных упругих сейсмических волн (так называемая граница Мохоровичича, или поверхность М).
Характерная особенность верхней мантии — ее расслоенность (рис. 2.15), установленная геофизическими методами исследований.
Ниже астеносферы располагается слой, в котором плотность вещества возрастает, что увеличивает скорость распространения сейсмических волн. Слой назван в честь русского ученого Б. Б. Голицина, впервые указавшего на его существование. Предполагается, что он состоит из сверхплотных разновидностей кремнезема и силикатов.
Рис. 2.15. Строение литосферы и ее положение относительно мантии Земли: 1 — осадочный слой; 2 — гранитный слой; 3 — базальтовый слой; 4 — верхняя мантия
Верхняя часть земной коры, постоянно видоизменяемая под влиянием механического и химического воздействий погодно-климатических факторов, растений и животных, выделяется в отдельный слой, называемый корой выветривания.
Под земной корой обычно понимают сиалитную (состоящую в основном из кремнезема и алюминия) оболочку Земли, имеющую среднюю плотность около 2,7 г/см3.
Земной коре, представляющей собой, в отличие от гидросферы, сплошную оболочку нашей планеты, свойственны горизонтальная и вертикальная неоднородности. На основании геофизических данных об изменении плотности вещества земной коры сверху вниз выделяют следующие слои: осадочный, гранитный, базальтовый. Их средняя плотность составляет 1,8-2,5; 2,5-2,75; 2,75-3,0 г/см3 соответственно. Средняя плотность вещества, подстилающего кору, составляет 3,1-3,3 г/см3.
Горизонтальная неоднородность земной коры проявляется очень резко. Наибольшие отличия наблюдаются в строении земной коры основных структурных единиц поверхности Земли - океанов и материков. В связи с этим различают два основных типа земной коры:
1) континентальный и 2) океанический.
Континентальная кора имеет три слоя, мощность которых достигает 70-75 км при средней мощности 35 км. В океанической коре нет гранитного слоя, ее мощности незначительны: обычно около 5-10 км. В земной коре переходного типа сочетаются черты строения, присущие коре континентального и океанического типов. Она охватывает периферические области океанов, подводные хребты и островные дуги.
Осадочный слой в основном сложен неизмененными или слабо измененными осадочными породами (глинами, песчаниками, конгломератами, известняками, доломитами, гипсами и т. д.), образовавшимися на поверхности Земли в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения более древних пород, химического и механического выпадения осадков из воды, жизнедеятельности организмов. Мощность осадочного слоя крайне изменчива: местами его нет, местами он достигает толщины 15-25 км. Средняя мощность его значительно больше в пределах материков, чем океанов. Общий объем осадочного слоя составляет примерно 10 % от объема всей земной коры, причем основная часть слагающих его пород приходится на материки и шельфы.
Гранитный слой состоит главным образом из магматических пород группы гранита (богатых кремнеземом) и метаморфических пород, образовавшихся вследствие сильного изменения (в основном под действием высокой температуры и давления) осадочных и магматических пород. Он нередко выходит на земную поверхность в областях развития наиболее древних толщ нашей планеты. Мощность слоя достигает иногда 25-30 км.
Базальтовый слой, вероятно, сложен преимущественно основными, т. е. относительно бедными кремнеземом, породами типа базальтов и метаморфическими породами. Его мощность, как у вышерасположенных слоев, непостоянна. Под материками она достигает 30 км, в то время как под океаном колеблется в пределах от 2-3 до 10-15 км.
В биосферу входит только самая верхняя часть земной коры, причем нижняя граница биосферы имеет нечеткий, расплывчатый характер, поскольку распространенность живых организмов от границы литосферы с атмосферой и гидросферой в глубь Земли резко уменьшается. Отчетливая миграция жизни отмечается лишь до глубины в несколько десятков метров, однако благодаря подземным водам микроорганизмы достигают и значительно больших глубин, порядка 2-3 км. Известны единичные случаи нахождения микроорганизмов в нефтеносных водах и нефти, добытых при бурении с глубин около 4,5 км. Положение границы может сильно изменяться в зависимости от геологического строения местности, гидрогеологических условий и геотермического градиента.
Геотермический градиент характеризует прирост температуры горных пород земной коры при углублении на каждые 100 м. В различных местах он имеет неодинаковую величину, обычно в пределах от 0,5-1 до 20 oС, и в среднем составляет около 3 оС. Основным же физическим фактором, определяющим границы деятельности микроорганизмов в земной коре, является температура. Подавляющее большинство микроорганизмов не выдерживает длительного пребывания при температуре, близкой к 100 оС, поэтому нижней границей биосферы считают ту глубину, где температура близка к 100 оС. В действительности же распространение жизни ограничено не только температурными условиями, но и другими факторами и не всегда достигает предела, обусловленного возрастанием температуры. Поэтому реальное положение нижней границы биосферы пока точно не определено. Однако абсолютно точно известно, что в состав биосферы входит самый верхний слой литосферы - педосфера.