Літосфера

Наша планета являє собою стиснуту з полюсів кулю - геоїд з полярним радіусом 6356,863 км і екваторіальним радіусом 6378,245 км. Площа поверхні Землі сягає 510 млн км², її об'єм - 1,083 ^. 10¹² км³, а маса - 5,976 ^. 10²¹ т. Будова Землі неоднорід­на. Вона складається з трьох оболонок - земної кори, мантії та ядра, які відокремлюються чітко вираженими поверхнями, де різко змінюються швидкості пружних сейсмічних хвиль, викликаних землетрусами або штучними вибухами.

Потужність земної кори під ложем океанів досягає 5-12 км, у рівнинних регіонах - 30-40 км, а під горами -50-75 км. Мантія Землі простягається нижче земної кори до глибини 2900 км від по­верхні, ядро Землі - до її центру, тобто до глибини 6370 км.

Відпо­відно з глибиною зростає тиск і щільність гірських порід. Середня щільність Землі за гравіметричними даними становить 5,52 г/см³. Щільність гірських порід земної кори коливається від 2,4 до 3,0 г/см³ і в середньому становить 2,8 г/см³. У мантії щільність речовини збільшується з глибиною від 3,3 г/см³ до 5,7 г/см³. На межі мантії та ядра відбувається різкий стрибок у щільності до 9,7-10 г/см³. У глибині ядра Землі щільність речовини зростає до 13,0 г/см³.

Так само з глибиною підвищується температура гірських порід. Зростання температури гірських порід в градусах Цельсія на оди­ницю глибини називається геотермічним градієнтом, а інтервал глибини в метрах, на якому температура підвищується на 1 °С - геотермічним ступенем. У зв'язку з різною внутрішньою активністю земної кори та різною теплопровідністю гірських порід у різних місцях земної кулі геотермічні градієнти різні і коливаються від 6 °С на 1 км (Південна Африка) до 150 °С на 1 км (штат Орегон у США). В середньому геотермічний градієнт становить близько 30°С на 1 км, а геотермічний ступінь - близько 33 м. З глибиною він змен­шується, бо температура лави, що виливається на поверхню з гли­бин близько 100 км, коливається в межах 1100-1260 °С, в той час як при незмінному середньому геотермічному градієнті на цій глибині вона повинна була б становити 3000 °С. Тому вважають, що температура ядра Землі не перевищує 5000 °С. Джерела внутрішньої теплової енергії Землі ще недостатньо з'ясовані. Го­ловними з них вважають радіоактивний розпад елементів та перерозподіл матеріалу за щільністю в мантії, який супроводжується виділенням значної кількості тепла

У зв'язку з тим що при збільшенні тиску температура плавлення речовини зростає, роблять припущення, яке підтверджується сейс­мічними даними, що гірські породи не тільки в земній корі, а й у мантії перебувають переважно у твердому кристалічному стані. Лише у верхній частині мантії на різних глибинах від 20 км (під найбільш рухомими зонами земної кори) до 400 км (під океанами) сейсмічними методами встановлено існування шару розплавле­них, але стиснутих гірських порід, що перебувають в аморфному розм'якшеному стані – астеносфери. Астеносфера – це шар розплавле­них, але стиснутих гірських порід, що перебувають в аморфному розм'якшеному стані, який знаходиться у верхній частині мантії.

Йому на­лежить важлива роль у глибинних геологічних процесах. Подібні за станом до астеносфери лінзи розплавлених гірських порід ма­ють місце і у земній корі. З ними, очевидно, пов'язані вулканічні осередки.

Земна кора разом з верхньою (до астеносфери) твердою частиною мантії являє собою кам'яну оболонку землі - літосферу.

Земна кора за своєю будовою неоднорідна. На континентах під товщею осадових порід лежить гранітогнейсовий шар, складений метаморфічними (гнейс) та кислими магматичними (граніт) поро­дами. Вважають, що він утворився внаслідок метаморфізації та пе­реплавлення осадових порід. Нижче залягає шар, складений ос­новними вулканічними породами - базальтами. Потужність осадо­вої товщі змінюється від 0 (на кристалічних щитах) до 5 км (в ме­жах континентальних рівнин) і до 15-20 км (у передгірних та між­гірних прогинах). Потужність гранітогнейсового шару коливається в межах 10-25 км, а базальтового - в межах 10-35 км. На дні оке­анів потужність осадових відкладів не перевищує 1 км, граніто­гнейсовий шар відсутній - нижче лежить товща (потужністю 1-3 км), представлена базальтовими лавами з прошарками кремнистих та карбонатних порід. Під нею залягають кристалічні основні (габро) та ультраосновні (піроксеніти) породи.

Верхня частина мантії, на думку багатьох вчених, складається з ультраосновних магматичних порід (перидотитів). У нижній час­тині мантії в умовах високих температур та величезного тиску ут­ворюються нові модифікації мінералів. За сучасними уявленнями, ядро Землі складається переважно із заліза з домішками нікелю та сірки. Мале внутрішнє ядро перебуває у твердому стані, а велике зовнішнє - у в'язкому, розплавленому.

Основними структурними елементами земної кори є геосин­кліналі, орогени і платформи. Первинними є геосинкліналі. З них утворились інші структурні елементи. Під геосинкліналями розумі­ють мобільні (з інтенсивними вертикальними рухами) ділянки зем­ної кори, розташовані між субпаралельними глибинними розлома­ми. На першій стадії розвитку геосинкліналі така ділянка опуска­ється і заповнюється водами геосинклінального моря. На його дні накопичуються потужні (до 10 км і більше) товщі осадових тери­генних відкладів. Під дією вертикальних і горизонтальних тектоніч­них рухів ці відклади зминаються в субпаралельні складки, які ут­ворюють витягнуті ланцюжки островів. Внаслідок ритмічності складкоутворення між островами з продуктів руйнування їх нако­пичуються відклади з ритмічними чергуваннями різнорідних шарів - так званий фліш. Нижня частина осадової товщі, потрапивши в умови високих температур і тиску, метаморфізується, а потім і переплавляється, утворюючи гранітогнейсовий шар.

Новоутворена і регенерована кора в геосинкліналі відзначаєть­ся збільшеною потужністю і зменшеною щільністю. Тому вона під­німається, ніби виринає для забезпечення ізостатичної рівноваги, що веде до встановлення на місці геосинкліналей високих гірських споруд (орогенів) з коренями, що сягають мантії. Геосинкліналь немов вивертається навиворіт як рукавичка. Відбувається інверсія тектонічного рельєфу. Спочатку формується центральне підняття, обабіч утворюються крайові прогини, що поступово за­повнюються теригенними відкладами - так званими моласами. В процесі підняття гір оживляються старі і виникають нові розломи, активізується вулканічна діяльність. Геосинкліналь перетворюєть­ся на складну гірську брилово-складчасту область - епігеосинкліпальний орогенний пояс.

З орогенів, що нарощують один одного, формуються жорсткі континентальні плити земної кори - платформи. Денудаційні процеси вирівнюють їхні поверхні. Біля країв платформ виникають нові геосинклінальні пояси. Прикладами сучасних окраїнно-кон­тинентальних геосинкліналей є Камчатсько-Курильсько-Японська острівна дуга, Алеутська та Антильська дуги. Буває, що плат­форму розсікають нові глибинні розломи. На їхньому місці утворю­ються міжконтинентальні геосинкліналі. До останніх відносяться западини Середземного, Чорного та Червоного морів.

У зв'язку з цим у платформах мають місце два структурні яру­си. Нижній сформувався у геосинклінальний (доплатформовий) етап розвитку і складається із сильно зім'ятих осадових та метаморфізованих гірських порід, пронизаних інтрузіями магматич­них порід та розсічених глибокими розломами. Його називають фундаментом, складчастою основою або цоколем платформи. Верхній ярус - це осадовий платформовий чохол, складений оса­довими породами зі спокійним, близьким до горизонтального заляганням.

Ділянки, на поверхню яких виходять фундаменти платформ, нази­вають щитами (наприклад, Український щит Східно-Європейської платформи).

Рухи земної кори, зумовлені глибинними процесами, виклика­ють порушення земної кори - тектонічні дислокації. Тектонічні дис­локації бувають двох видів: складчасті і розривні. До складчастих дислокацій належать антикліналі, синкліналі, монокліналі та флек­сури. Розривними дислокаціями є тектонічні розриви, які відбува­ються зі зміщенням блоків гірських порід. Глибокі розриви, що ся­гають мантії Землі, називають глибинними розломами. Блоки гір­ських порід, що опускаються між двома розломами, іменують грабенами, а блоки, що піднімаються - горстами. Великі грабени та системи грабенів, що простягаються на сотні і тисячі кілометрів, а у глибину - на кілька кілометрів, називають рифтами та рифтовими системами. До них належить западина озера Байкал.

Серед тектонічних рухів розрізняють горизонтальні та верти­кальні. За гіпотезою німецького геофізика Вегенера, на початку па­леозойської ери на Землі існував єдиний велетенський материк Пангея, який потім розтріскався і розповзся по всій земній кулі, утворивши сучасні материки: Північну Америку, Південну Америку, Європу, Азію, Африку, Австралію та Антарктиду. Такі рухи континентальних плит є горизонтальними. Зате в геосинклінальних зо­нах при горотворенні переважають вертикальні рухи, які відзнача­ються великою амплітудою і порівняно великою (в геологічному розумінні) швидкістю.

Материкові плити можуть зазнавати також коливальних верти­кальних рухів значно меншої амплітуди, які називаються епейро­генічними. При цьому вони частково або повністю занурюються під рівень мілкого епіконтинентального моря і вкриваються осадови­ми морськими відкладами, а потім знову стають суходолами. Один край платформи може опускатися, а інший підніматися. Сучасне опускання узбережжя Голландії має швидкість 0,5-0,7 см/рік.

Від повільних рухів земної кори відрізняються раптові стрибко­подібні зміщення поверхні Землі, що звуться землетрусами. Текто­нічні землетруси - це пружні хвильові коливання, що виникли в глибинах земної кори або навіть мантії і викликають масштабні розривні та складчасті деформації земної кори протягом дуже ко­роткого часу. Багато тектонічних землетрусів призводять до ка­тастрофічних наслідків, величезних руйнувань і загибелі величез­ної кількості людей. Меншими за масштабами є вулканічні земле­труси, що передують виверженню вулканів і викликаються підйо­мом магми до кратера вулкана.

Отже, у горішніх геосферах Землі - літосфері, гідросфері та атмосфері відбувається безперервний геологічний кругообіг речо­вин, викликаний внутрішніми (ендогенними) та зовнішніми (екзо­генними) геологічними процесами. Внаслідок глибинних ендоген­них процесів тектонічні рухи піднімають, опускають і зминають у складки цілі блоки земної кори, формуючи рельєф земної поверх­ні. Поверхневі екзогенні процеси - геологічна діяльність вітру, те­кучих вод та льодовиків, а також викликані гравітаційними силами зсуви, обвали та осипи намагаються знівелювати, вирівняти цей рельєф. Виступи рельєфу поступово руйнуються, заглибини запов­нюються новоутвореними осадовими відкладами. Крім того, роз­ломами з глибин Землі піднімається розплавлена магма, яка за­стигає на поверхні або біля поверхні Землі у вигляді магматичних порід. Ці породи, що є нестійкими у поверхневих умовах, вивітрюються, вступають у хімічні реакції з водою, киснем, вуглекислим газом гідросфери та атмосфери, перетворюються на нові осадові породи, що перевідкпадаються на поверхні Землі екзогенними процесами.