Строение и состав земли (литосферы).

Земля, в отличие от других планет Солнечной системы, имеет сильное магнитное поле, что связанно с особенностью её геологического строения. Благодаря зондированию недр Земли сейсмическими волнами удалось установить, что она имеет оболочное строение и дифференцированный химический состав.

Различают три главные концентрически расположеннее области:

Каждая из оболочек Земли представляет собой открытую систему, обладающей определённой автономией и своими внутренними законами развития, но при этом они тесно взаимодействуют друг с другом.

Земная кора это верхний слой твёрдой оболочки Земли.

Средняя мощность (толщина) Земной коры 35 км:

Под океанами она составляет 5 – 12 км:

Под равнинными массивами 30 – 40 км;

Под горными массивами 50 – 70 км.

Земная кора образует 3 (три) слоя:

- «осадочный»;

- «гранитный»;

- «базальтовый».

«Осадочный слой» сложен осадочными породами, образовавшимися за счёт продуктов разложения других пород, а также остатков отмерших животных и растений. Этот слой почти сплошь покрывает поверхность Земли.

Мощность «осадочного слоя» колеблется от 0 до нескольких километров, но в некоторых местах достигает 15 – 25 км.

«Гранитный слой» под океанами отсутствует, на материках сложенный породами типа гранитов, а также гнейсов и других метаморфических пород, Земную кору такого типа называют континентальной. Средняя мощность его:

Под равнинами массивами около 10 км;

Под горными массивами увеличивается до 20 – 30 км.

«Базальтовый слой» лежит ниже «гранитного» по химическому составу соответствует породам, называемым базальтами. Средняя мощность его:

Под равнинными массивами 25 – 30 км;

Под горными массивами – несколько увеличивается;

В областях глубоких океанских впадин под километровым слоем осадков залегает «базальтовый слой», мощность которого составляет лишь 6 км, а в некоторых местах ещё меньше.

Земная кора слагается в основном из 8 (восьми) химических элементов: - кислорода – 50%; - кремния; - алюминия; - железа; - кальция; - магния; - натрия; - калия.

Земная кора более чем наполовину (50%) состоит из двуокиси кремния Sі О 2 и на 14 – 15% из окиси алюминия АL 2 О 3 в сочетании с магнием, железом, кальцием и др. Это и есть привычный для нас «каменный материал». Средняя плотность Земной коры 5510 кг/м 3 или 2,6 – 2,9 г/см 3 .

Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется.

Так, благодаря выветриванию и сносу вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80 – 100 миллионов лет.

Земная кора и верхний твёрдый слой мантии образуют так называемую литосферу от греческого «литос» - камень, «сфера» - слой.

Толщина литосферы в среднем составляет 100 км, а на континентах и под океанами отличается и составляет в среднем:

На континентах 25 – 200 км;

Под океанами 5 – 100 км.

Часть мантии, лежащей под литосферой, называется астеносферой. Её толщина примерно составляет 100 км, состоит, вероятно, из расплавленных пород. Температура мантии в верхней части астеносферы 1000 0 С. По отношению к размерам всей планеты литосфера не толще яичной скорлупы и составляет всего 1,5 её объёма или 0,8% массы.

Литосфера состоит примерно из 15 (пятнадцати) жестких плит из них 6 – 7 плит являются крупными, которые могут сталкиваться, погружаться друг под друга, надвигаться одна на другую, тереться одна об другую.

Вместе с плитами могут перемещаться и континенты. Эти плиты иногда называются платформами.

Литосферная плита может быть образована:

Материковой литосферой;

Океанической литосферой.

Плиты Земной коры постепенно перемещаются в различных направлениях соотносительно медленной скоростью до 5 см в год (примерно с такой скоростью растут наши ногти).

Края плит называются границами. Учёными причины движения плит пока не изучены.

Постоянная активность астеносферы приводит тектонические плиты в движение, они:

Сближаются (расходятся); - сталкиваются; - расходятся; - сцепляются; - трутся одна о другую.

В случае столкновения.

Океанские плиты

Одна из океанских плит уходит, под другую и расплавляясь, опускаются в мантию и поглощаются ей. Магма устремляется через литосферу вверх и возле границы на оказавшейся вверху плите образуется цепь вулканов.

У опустившейся плиты образуется впадина – Марианская впадина – глубиной около 11км в Тихом океане.

Материковые плиты.

Там где лоб в лоб сталкиваются две плиты.

На границе между океанской и материковой плитами океанская плита «подныривает» под материковую, создавая на поверхности глубокую впадину или желоб.

Погружаясь, всё глубже в мантию плита начинает, расплавляться. Кора верхней плиты сдавливается и на ней вырастают , горы некоторые из них представляют, вулканы в случае трения плит.

Они трутся боками, двигаясь либо в противоположном, либо в одном направлении, но с различными скоростями.

На границах этих плит литосфера не разрушается.

Подземные толчки могут пройти всюду, где горные породы перемещаются вдоль разломов Земной коры, но сильные землетрясения, как правило, возникают в чётко определённых зонах. Наиболее часто они случаются в вулканических зонах, например, в «огненном кольце» Тихого океана.

В случае расхождения или сближения литосферных плит.

Если раньше Земля была единым континентом , который разделился на современные материки, то последние 40 тысяч лет континенты начали объединяться. Так Африка всё ближе подползает к Европе.

Этот процесс вызывает рост Альп и Пиренеев, а также серьёзные землетрясения в Италии, Греции, Турции.

Средиземное море уменьшается.

Учёные предполагают, что в результате сближения Северной и Южной Америки в сторону Азии через Тихий океан, Атлантический океан будет расширяться.

Через несколько сот миллионов лет может возникнуть новый континент Америко – Азиатский.

Мантия (от греческого «мантион» - покрывало, плащ) представляет собой промежуточную оболочку между Земной корой и ядром, которая располагается на глубину от 6 – 70 до 2900 км и составляет основной объём планеты.

Масса мантии составляет 31% Земли.

Мантия имеет сложное строение и подразделяется на:

- верхнюю от 6 – 70 до 100 – 300 км – в ней формируются очаги глубокофокусных землетрясений. Её называют астеносферой;

- среднюю от 100 – 300 до 950 км;

- нижнюю 950 – 2900 км.

Мантию образуют различные силикатные соединения основу, которых составляет кремний.

Вещества мантии могут быть от твёрдого до жидко расплавленного и аморфного – пластического состояния . Это полужидкая – полувязкая расплавленная масса.

В зависимости от мощности (глубины) Земли возрастает:

Давление и плотность пород;

Повышается их температура.

Источники внутренней тепловой энергии Земли ещё недостаточно изучены. Главным из них считают:

Радиоактивный распад элементов;

Перераспределение материалов по плотности в мантии, которое сопровождается, выделением значительного количества тепла ядро планеты вероятнее всего является, основным источником внутренней энергии Земли, поставляющим тепло в мантию.

Ядро как «гигантский котёл» без стенок, в котором «выравниваются» компоненты других геосфер.

Более плотные вещества (по сравнению с Земной корой) остаются в мантии.

Её плотность изменяется от – 3,3 г\см 3 у верхней мантии на глубине 50 – 980 км до 5,5 г/см 3 на глубине 950 – 2900 км.

Давление у верхней границе мантии составляет около 900000 кПа или 9000 атм, а у нижней границе около 140 млн. кПа или 1,4 млн. атм.

Получив тепло от ядра, мантия разогревается от 800 0 С наверху до 2250 0 С на глубине 2900 км.

Земное ядро

Ядро занимает центральную область земного геоида, составляет 68% массы Земли и разделяется на две части:

Внешнее;

Внутреннее.

Внешнее ядро располагается в интервале 2900 – 5100 км. Между внешним и внутренним ядром нет чёткой границы. Предполагают, что внешнее ядро состоит из железа (52%) и жидкой смеси твёрдых веществ, образуемую железом и серой (48%). Температура плавления такой смеси оценивается примерно равной 3200 0 С. Вещество внешнего ядра находится «по-видимому» в жидком состоянии, однако плотность его достигает 9,9 – 12,2 г/см 3 . Давление у нижней граници внешнего ядра достигает свыше 300 млн. кПа или 3 млн. атм.

С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе, земного магнетизма, полагая, что магнитное поле Земли зарождается в глубинах планеты. Магнитное поле изменчиво. Из года в год меняется положение магнитных полюсов. Убедительные эксперименты показали, что на протяжении последних 80 миллионов лет имело место не только изменение напряжения поля, но и многократное систематическое перемагничивание, в результате которого северный и южный магнитные полюса Земли менялись местами.

Представляют, что причиной этого явления является масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси.

Внутреннее ядро располагается в интервале 5100 – 6371 км. и находится предположительно в твёрдом состоянии, причём плотность его достигает 13,6 г/см 3 , а давление в центре Земли достигает 350 млн. кПа или 3,5 млн. атм.

Предполагают, что ядро состоит из железа (80%) и никеля (20%), что идентично составу железных метеоритов. Этот сплав при давлении земных недр должен иметь температуру в интервале 2250 0 – 5000 0 С.

Литосфера – это внешняя особо прочная оболочка планеты Земля, преимущественно из твердого вещества. Впервые понятие «литосфера» было определено ученым Дж. Баррелом. До 60-х годов прошлого столетия синонимом литосферы являлся термин «земная кора», считалось, что это одно и тоже понятие. Но, впоследствии учеными было доказано, что в состав литосферы входит еще и верхний слой мантии, который имеет мощность несколько десятков километров. Характеризуется он снижением вязкости почвы и повышением электропроводности минералов. Это обстоятельство позволило считать, что литосфера достаточно сложная по своему составу и строению оболочка Земли.

В строении литосферы можно выделить как относительно подвижные платформы, так и стабильные области. Взаимодействие живой и минеральной материи осуществляется на поверхности, т.е. в почве. После того, как происходит разложение организмов, остатки переходят в состояние гумуса (чернозема). В состав почвы входят в основном минералы, живые существа, газы, вода и вещества органической природы. Из минералов, входящих в состав литосферы, образованы горные породы, такие как:

• Магматические;
• Осадочные;
• Метаморфические породы.

Около 96% структуры литосферы составляют горные породы. В свою очередь, в составе горных пород можно выделить следующие минералы: гранит, диарит и диффузивы составляют 20,8% от всего состава, в то время как, базальты габбро составляют 50,34%. На долю кристаллических сланцев приходится 16,9%, все остальное, это осадочные породы, такие как глинистые сланцы и пески.

В химическом составе литосферы можно выделить следующие элементы:

• Кислород, его массовая доля в составе твердой оболочки Земли составила 49,13 %;
• на долю Алюминия и Кремния пришлось по 26 %;
• железо составило 4,2 %;
• доля Кальция в литосфере всего 3,25 %;
• натрий, Магний, Калий составили примерно по 2,4 %;
• незначительную долю в структуре составили такие элементы как Углерод, Титан, Хлор и Водород, их показатели составили от 1 до 0,2 %.

Земная кора состоит по большей части из различных минералов, которые были образованы посредством изверженных горных пород различных форм. На сегодняшний день в понятие «земная кора» вкладывается отверделый слой земной поверхности, находящийся выше сейсмической границы. Как правила, граница находится на разных уровнях, где отмечаются резкие колебания показаний сейсмических волн. Эти волны возникают в ходе различного рода землетрясений. Ученые выделают два типа земной коры: континентальная и океаническая.

Континентальная кора занимает примерно 45% земной поверхности, при этом имеет более высокую мощность, чем океаническая. Под толщей гор ее протяженность составляет 60-70 км. Кора состоит из базальтового, гранитового и осадочного слоя.

Океаническая земная кора более тонкая по сравнению с континентальной. Состоит она из базальтового и осадочного слоя, ниже базальтового слоя начинается мантия. Как правило, рельеф океанического дна имеет сложную структуру. Кроме обычных форм рельефа, выделяют океанические хребты. Как раз на этих местах происходит формирование базальтовых слоев из мантии. В местах разлома, проходящих по центральной части хребта, образуются лавовые потоки, что и служит образованию базальта. В основном, хребты возвышаются над дном океана на несколько тысяч километров, за счет этого, рифовые зоны считаются самыми не спокойными с точки зрения сейсмических показателей.

В твердой оболочке Земли постоянно наблюдаются химические процессы, в ходе которых, происходит разрушение горных пород. Данные процессы протекают под воздействием резких колебаний температуры, воды, кислорода и осадков. Из этого, можно сделать вывод, что химическое изменение земной коры неразрывно связано с другими не менее важными оболочками Земли. Как правило, химические реакции в литосфере происходят под воздействием компонентов других оболочек. Большинство процессов происходит с участием воды, минералов, которые могут выступать как компоненты окисления либо восстановления в химических реакциях.

Химические реакции в почве

Почва является верхним слоем литосферы, играет важнейшую роль во взаимодействии всех оболочек Земли. Она является средой обитания многих живых существ, что позволяет считать, литосферу неразрывно связанной с биосферой. Благодаря почве происходит газовый обмен атмосферы и земной коры, а так же атмосферы и гидросферы. Особенностью химических реакций в почве является возможность одновременного протекания биологических, физических и химических процессов.
Основу всех химических реакций в почве составляет кислород и вода. В структуру гумуса входят такие минералы как: кварц, глина и известняк. Характерной особенностью почвы как части литосферы является то, что в её состав входит 92 химических элемента.

Сейсмические исследования свидетельствуют о том, что при землетрясениях возникают различные сейсмические волны, распространяющиеся в породах Земли с разными скоростями. Наиболее быстрые из них - первичные, или Р-волны, - распространяются подобно звуковым, с колебаниями, совпадающими с направлением распространения (продольные волны). Наиболее медленные сейсмические волны, так называемые S-волны, или вторичные , по характеру колебаний подобны световым. Они имеют колебания, перпендикулярные к направлению распространения. В 1926 г. югославский геолог А. Мохоровичич обнаружил резкое увеличение скоростей Р и S волн на глубине около 50 км. Эту границу раздела стали называть поверхностью Мохоровичича, или, сокращенно, Мохо. литосфера выветривание загрязнение почва

Оболочку твердой литосферы, лежащую выше поверхности Мохо, принято называть земной корой, а лежащую ниже мощную оболочку - мантией. Мощность коры под континентами значительно больше, нежели под океаном.

Земная кора сложена магматическими и осадочными породами, а также метаморфическими породами, образовавшимися за счет тех и других.

Горные породы - это естественные минеральные агрегаты определенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных тел. Состав, строение и условия залегания горных пород обусловлены особенностями формирующих их геологических процессов, которые происходят в определенной обстановке внутри земной коры или на земной поверхности. В зависимости от характера главных геологических процессов различают три генетических класса горных пород: осадочные, магматические и метаморфические.

Магматические горные породы - это естественные минеральные агрегаты, возникающие при кристаллизации магм (силикатных, а иногда и несиликатных расплавов) в недрах Земли или на ее поверхности. Классификация магматических пород отражает существование двух главных групп, различающихся по условиям образования и залегания: плутонических (глубинных) и вулканических, сформировавшихся на поверхности Земли или вблизи нее. По содержанию кремнезема магматические породы делятся на кислые (SiО 2 - 70_90%), средние (SiO 2 около 60%), основные (SiO 2 около 50%) и ультраосновные (SiO 2 менее 40%). Примером магматических пород служат вулканическая основная порода и гранит (кислая плутоническая порода).

Осадочные горные породы - это те породы, которые существуют в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образуются в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно. Многие осадочные породы являются важнейшими полезными ископаемыми. Примерами осадочных пород служат песчаники, которые можно рассматривать как скопления кварца и, следовательно, концентраторы кремнезема (SiO 2), и известняки - концентраторы СаО. К минералам наиболее распространенных осадочных пород относятся кварц (SiО 2), ортоклаз (KAlSi 3 O 8) каолинит (Al 4 Si 4 O 10 (OH) 8), кальцит (СаСО 3), доломит СаМg(СО 3) 2 и др.

Ил, пыль и песчаные отложения образуются главным образом за счет выветривания - разрушения и изменения твердой породы. Эти отложения обычно переносятся реками в океаны. В морской воде они погружаются на дно, где в результате физических процессов и химических реакций превращаются в осадочные породы, которые со временем вновь становятся сушей, обычно в процессе образования гор.

Метаморфическими называют породы, основные особенности которых (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного магматического происхождения частично или полностью утрачены. Метаморфические породы - сланцы, гранулиты, эклогиты и др. Типичные для них минералы - слюда, полевой шпат и гранат соответственно. Породы, испытывающие метаморфизм, преобразуются, стремясь к химическому или физическому равновесию с новыми для них температурными и бароическими условиями. Происходящие при этом химические реакции управляются законами термодинамики. Так, реакции с отрицательными значениями изобарно-изотермического потенциала (G) сопровождаются выделением водяного пара из-за его большой энтропии. Закономерное строение метаморфических комплексов и соответствие в целом состава многих метаморфических пород принципам термодинамики служат подтверждением того, что для метаморфических пород достигается (хотя и не всегда) почти полное химическое равновесие. Для большинства из них типична крупнозернистая структура (исключение составляют сланцы, роговики и др.).

Вещество земной коры сложено в основном легкими элементами (по Fe включительно), а элементы, следующие в Периодической системе за железом, в сумме составляют лишь доли процента. Отмечается также, что элементы, имеющие четное значение атомной массы, значительно преобладают: они образуют 86% общей массы земной коры. Следует отметить, что в метеоритах это отклонение еще выше и составляет в металлических метеоритах 92%, в каменных - 98%.

Средний химический состав земной коры, по данным разных авторов, приведен в таблице 1:

Таблица 1

Химический состав земной коры, мас. %

Ее анализ позволяет сделать следующие важные выводы:

1) земная кора сложена в основном из восьми элементов: О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К; 2) на долю остальных 84 элементов приходится менее одного процента массы коры; 3) среди главнейших по распространенности элементов особая роль в земной коре принадлежит кислороду.

Особая роль кислорода состоит в том, что его атомы составляют 47% массы коры и почти 90% объема важнейших породообразующих минералов.

Имеется ряд геохимических классификаций элементов. В настоящее время получает распространение геохимическая классификация, согласно которой все элементы земной коры делятся на пять групп: литофильные, халькофильные, сидерофильныe, атмофильные и биофильные (табл. 2).

Таблица 2

Вариант геохимической классификации элементов

Литофильные - это элементы горных пород. На внешней оболочке их ионов находится 2 или 8 электронов. Литофильные элементы трудно восстанавливаются до элементарного состояния.

Обычно они связаны с кислородом и составляют основную массу силикатов и алюмосиликатов. Встречаются также в виде сульфатов, фосфатов, боратов, карбонатов и галогенидов.

Халькофильные элементы - это элементы сульфидных руд. На внешней оболочке их ионов располагается 8 (S, Se, Те) или 18 (у остальных) электронов.

В природе встречаются в виде сульфидов, селенидов, теллуридов, а также в самородном состоянии (Сu, Hg, Ag, Pb, Zn, As, Sb, Bi, S, Se, Те, Sn).

Сидерофильные элементы - это элементы с достраивающимися электронными d- и f-оболочками. Они обнаруживают специфическое сродство к мышьяку и сере (PtAs 2 , FeAs 2 , NiAs 2 , FeS, NiS, MoS 2 и др.), а также к фосфору, углероду, азоту. Почти все cидерофильные элементы встречаются также и в самородном состоянии.

Атмофильные элементы - это элементы атмосферы. Большинство из них имеет атомы с заполненными электронными оболочками (инертные газы).

К атмофильным относят также азот и водород. Вследствие высоких потенциалов ионизации атмофильные элементы с трудом вступают в соединения с другими элементами и потому в природе находятся (кроме H) главным образом в элементарном (самородном) состоянии.

Биофильные элементы - это элементы, входящие в состав органических компонентов биосферы (C, Н, N, O, P, S). Из этих (в основном) и других элементов образуются сложные молекулы углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот. Средний химический состав белков, жиров и углеводов приведен в табл. 3.

Таблица 8

Средний химический состав белков, жиров и углеводов, маc. %

В настоящее время в различных организмах установлено более 60 элементов. Элементы и их соединения, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах, часто называют макробиогенными элементами. Элементы же и их соединения, которые хотя и необходимы для жизнедеятельности биосистем, но требуются в крайне малых количествах, называют микробиогенными элементами. Для растений, например, важны 10 микроэлементов: Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, W, Co. По функциям эти элементы можно разделить на три группы:

• 1. Mn, Fe, Cl, Zn, V - необходимы для фотосинтеза;
• 2. Mo, B, Fe - необходимы для азотного обмена;
• 3. Mn, B, Co, Cu, Si - необходимы для других метаболических функций.

Все эти элементы, кроме бора, требуются и животным. Кроме того, животным могут требоваться селен, хром, никель, фтор, йод, олово. Между макро- и микроэлементами нельзя провести четкую и одинаковую для всех групп организмов границу. В.И.Вернадский показал, что элементы, постоянно присутствующие в живых организмах, выполняют вполне определенные жизненные функции. Содержание же их в организмах зависит от химизма среды обитания, биологической специфики, экологических особенностей организма и др.

Важным компонентом литосферы являются подземные воды, они вносят существенный вклад в общий водный баланс биосферы в целом. Не случайно подземные воды относят еще и к гидросфере, называя их «подземной гидросферой». Поскольку речь идет о подземных водах, то естественно, что их присутствие, свойства, распределение во многом определяются свойствами пород, такими, как пористость, водопроницаемость, влагоемкость, водоносность. Формально все породы по отношению к воде можно разделить на водопроницаемые и водоупорные. Однако в геологическом масштабе пространства и времени водоупорных пород в природе не существует. Даже такие жесткие породы, как базальт и гранит, дают микротрещины уже при ничтожных подвижках сейсмического порядка.

Вода в породах может находиться в свободном и связанном состоянии. В свободном состоянии в пространстве между частицами пород она подчиняется силам земного притяжения (гравитации) либо частично удерживается в капиллярах пород менисковыми силами. Образно это можно сравнить с водой, пропитывающей губку.

В связанном состоянии вода в породах может быть либо в пленочном, либо в адсорбированном виде, удерживаясь между зернами пород адсорбционными силами. Говоря о связанной воде, следует иметь в виду две формы ее связи: физически связанную и химически связанную. Химически связанная вода - это так называемая кристаллизационная вода. Она прочно связана с кристаллами минералов химическими силами и входит в состав минерала. Примером может служить медный купорос CuSO 4 *5H 2 O. Физически связанная вода, в свою очередь, может быть как прочносвязанной с породами, так и рыхлосвязанной.

Прочносвязанная вода удерживается физическими законами - громадными давлениями в недрах. Рыхлосвязанная вода обволакивает частицы породы. Она обладает повышенной вязкостью, может очень медленно передвигаться по поверхности частиц породы, как жидкость. На эту воду не оказывает влияния гравитация, и замерзает она не при нуле, а при минус 1,5°С. Количество физически и химически связанных вод в составе минерала может быть подчас весьма значительным, достигая 60 - 65 вес.%.

Важными характеристиками, связанными с отношением пород к воде, являются влагоемкость и водоотдача.

Влагоемкостью называют способность горных пород вмещать и удерживать определенное количество воды. Высокой влагоемкостью обладают глины, средней - мелкие пески, слабой - галечники. Влагоемкость зависит от размера частиц: чем меньше их размер, тем больше влагоемкость.

Водоотдача - это отношение количества воды, которое может отдать порода, к общему содержанию воды в ней. Здесь зависимость обратная: процент водоотдачи тем больше, чем крупнее частицы породы. Вода, заполняющая поры, трещины и пустоты пород, может находиться в них во всех трех фазах - твердой, жидкой и газообразной, из которых первая наиболее характерна для зон вечной мерзлоты. В парообразном отношении подземная вода может конденсироваться до жидкости и переходить из жидкости в пар. Она передвигается из областей с повышенными давлением и температурой в области с более низкими их значениями.

Передвижение гравитационных подземных вод происходит главным образом тремя путями: флюацией, диффузией и фильтрацией.

Флюацией называется «вливание» воды в какую-либо емкость в породах. Например, в известняках в результате выщелачивания в земной поверхности образуются воронки, которые продолжаются вглубь многочисленной системой трубок, каналов, каверн и пустот, иногда даже пещер. Стекающая с поверхности дождевая и талая вода через эти воронки будет проникать в породы. Флюация происходит преимущественно под влиянием силы тяжести.

Диффузия сводится к перемещению подземных водных растворов с мест с большей концентрацией в места с меньшей. Скорость этого процесса, хотя и невелика, но все же реально ощутима в геологическом масштабе времени. Сюда же следует отнести и осмос - медленное проникновение одной жидкости в другую через полупроницаемые перегородки.

Фильтрация - это просачивание воды по мелким порам породы. Именно таким образом дождевая вода проникает в песок. Фильтрация протекает под влиянием гравитации, а также может происходить в сторону снижения давления и температуры. Под влиянием давления пород и газов она может протекать и снизу вверх. Что касается скорости фильтрации, то она значительно выше скорости диффузии и зависит от многих факторов (пористости пород, вязкости водного раствора, градиента давления и т. д.).

Химический состав подземных вод

Подземные воды представляют собой природные растворы различных минеральных солей и некоторых органических соединений. Интегрированным показателем содержания минеральных веществ служит общая минерализация вод -- сумма растворимых веществ, выраженная в миллиграммах на литр (мг/л) или граммах на литр (г/л). Среди растворенных веществ преобладают соли распространенных кислот натрия, кальция, магния. Эти соли определяют главные показатели химизма вод: жесткость, соленость и щелочность.

Жесткость вод определяется главным образом присутствием бикарбонатов кальция СаНСО 3 , сульфатов и хлоридов. Мягкие воды содержат до 0,25 г/л солей, жесткие воды -- более 0,25 г/л.

Соленость вод связана с содержанием сульфатов и хлоридов кальция, магния, натрия -- CaSO 4 , MgSO 4 , Na 2 SO 4 , CaCl 2 , MgCl 2 , NaCl. Щелочность вод зависит главным образом от бикарбоната натрия NaHCCX, а иногда даже Na,CO. -- соды. В химической класси-фикации подземных вод типы выделяются по преобладающим катионам, которые затем делятся на классы по содержанию катионов.

Химический состав и температура пластовых подземных вод закономерно меняются по мере возрастания глубины их залегания.

Пресные воды содержат солей менее 0,5 г/л, соленые от 1 до 3 г/л, рассолы -- более 50 г/л.

Особую группу подземных вод составляют так называемые минеральные воды. Они имеют различную минерализацию, но их главное свойство -- целебное действие. Среди них наиболее распространены бикарбонатно-кальциево-натриевые с большим количеством растворенного углекислого газа (нарзаны Минеральных Вод и Закавказья), сероводородные воды (источники Мацесты), воды со специфическими растворимыми органическими соединениями (источники Предкарпатья -- Трускавец и др.). Все эти воды различаются температурной характеристикой и бывают холодные с температурой около и ниже 20°С, теплые -- от 20 до 37°С, горячие -- от 37 до 42°С и очень горячие -- выше 42°С.

Контрольные вопросы

• 1. Виды сейсмических волн.
• 2. Различие земной коры и мантии. Где граница?
• 3. Что такое горные породы?
• 4. Чем отличаются кислые, средние, основные магматические породы?
• 5. Анализ элементов земной коры. Геохимические классификации элементов.
• 6. В результате каких процессов образуются осадочные горные породы?
• 7. В чем разница между прочносвязанной и рыхлосвязанной водой?
• 8. От чего зависит влагоемкость и влагоотдача?

Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву.

Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы. Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Земная кора – наиболее неоднородная оболочка Земли, образованная различными минеральными ассоциациями в виде осадочных, изверженных и метаморфических горных пород, различных форм залегания.

В настоящее время под земной корой понимают верх­ний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейс­мической границы. Эта граница находится на разных глу­бинах, где отмечается резкий скачок скорости сейсмиче­ских волн, возникающих при землетрясении.

Выделяют два типа земной коры – континентальный и океаниче­ский. Континентальный отличается более глубоким зале­ганием сейсмической границы. В настоящее время чаще используется термин литосфера, предложенный еще Э. Зюссом, под которым понимают более обширную, чем земная кора, область.

Литосфера – это верхняя твердая оболочка Земли, име­ющая большую прочность и переходящая в менее прочную астеносферу. Литосфера включает земную кору и верхнюю мантию до глубины примерно 200 км.

Строение земной коры имеет неровный характер. Гор­ные системы чередуются с равнинами на материках. Ма­терики, в свою очередь, представляют собой приподнятые над уровнем моря участки земной коры. Пространствен­ное расположение материков на планете В.И. Вернадский назвал «диссиметрией планеты». Если разделить земной шар по тихоокеанскому побережью на две половины, то получится как бы два полушария: континентальное, где сосредоточены все материки с Атлантическим и Индийским океанами, и океаническое, которое займет площадь всего Тихого океана. Это связано со строением и составом земной коры в пределах континентального и океаниче­ского полушарий. Разная толщина земной коры в области континентов и океанов связана с различием состава сла­гающих ее горных пород. Океаническая кора сложена в основном базальтовым материалом, континентальная – материалом, близким по составу к граниту. Гранитные породы содержат больше кремневой кислоты и меньше железа, чем базальтовые.

Общий химический состав земной коры определяют не­многие химические элементы. Всего лишь восемь элемен­тов: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, на­трий, магний, калий распространены в земной коре в весо­вом количестве более 1%. Ведущим, наиболее распростра­ненным элементом земной коры, является кислород, составляющий едва ли не половину массы (47,3%) и 92% ее объе­ма. Таким образом, в количественном отношении земная кора – это «царство кислорода», химически связанного с другими элементами.

Распространенность химических элементов в земной, коре неодинакова и повторяет в определенной мере кос­мическую распространенность. Преобладают легкие эле­менты четырех порядковых номеров, составляющих пер­вые четыре периода таблицы Менделеева. Преобладаниекислорода среди химических элементов земной коры оп­ределяет ведущее значение распространения минералов, в состав которых он входит. Используя данные о распрос­траненности элементов в земной коре, можно рассчитать соотношение слагающих ее минералов, обычно называе­мых породообразующими.

Поверхность континентов на 80% занята осадочными породами, а океаническое дно – почти полностью свежи­ми осадками как продуктами сноса материала континен­тов и деятельности морских организмов. Земная кора первоначально возникла как продукт выплавления первич­ной мантии, который затем был переработан в биосфере под влиянием воздуха, воды и деятельности живых орга­низмов.

Континентальная часть земной коры в течение длитель­ной геологической истории находилась в области биосферы, что наложило свой отпечаток на облик, состав и распростра­ненность осадочных пород и сосредоточенность в них полез­ных ископаемых в виде угля, нефти, горючих сланцев, крем­нистых и карбоновых пород, связанных в прошлом с жизне­деятельностью организмов. В связи с этим континенталь­ная земная кора имеет прямое отношение к биосфере Зем­ли.