Химический и минеральный состав недр Земли

Определение химического и минерального состава геосфер Земли представляет собой очень сложную задачу, которая во многом может быть решена лишь весьма приблизительно, основываясь на косвенных данных. Прямые определения возможны только в пределах земной коры, горные породы которой неоднородны по своему составу и сильно раз­личаются в разных местах.

Средний химический состав горных пород земной коры приведен в табл. 2 по данным А. А. Ярошевского, где четко видна разница в сос­таве между континентальной и океанической корой, которая носит прин­ципиальный характер. Верхний слой континентальной коры состоит из гранитов и метаморфических пород, обнажающихся на кристалличес­ких щитах древних платформ, а также эффузивных базальтов. Ниж­ний слой коры практически нигде не вскрыт, но в его составе долж­ны преобладать основные породы — базиты, как магматические, так

5. У8-1

и метаморфические. Об этом свидетельствуют геофизические и экс­периментальные данные. Тем не менее приведенные выше данные о среднем составе земной коры могут быть отнесены только к верхней части земной коры, тогда как состав нижней коры все еще остается областью догадок.

Таблица 2 Средний химический состав (в %) земной коры и верхней мантии Компонент Верхняя часть контине нтальной коры Океаническая кора Верхняя мантия sio2 63,83 49,89 45,3 ТЮ2 0,54 1,38 0,2 А1А 14,92 14,81 3,6 FeA 1,75 1,79   FeO 3,68 8,6 7,3' MnO 0,09 0,18 0,1 MgO 2,83 7,38 41,3 CaO 4,08 11,93 1,9 Na20 3,02 2,38 0,2 K,0 2,84 0,23 0,1 PA 0,14 0,14 ? с opr. 0,05 ? ? CO, 0,9 0,42 ? н2о 1,17 0,85 ?

Горные породы, из которых сложена континентальная кора, несмот­ря на разнообразие, представлены несколькими типами. Среди осадоч­ных пород преобладают песчаники и глинистые сланцы (до 80 %), среди метаморфических — гнейсы и кристаллические сланцы, а среди магма­тических — граниты и базальты. Следует подчеркнуть, что средние со­ставы песчаников и глинистых сланцев близки к средним составам гра­нитов и базальтов, что свидетельствует о происхождении первых за счет выветривания и разрушения вторых.

¹ Общее содержание Fe, пересчитанное на FeO.

В океанической коре по массе абсолютно преобладают базальты (око­ло 98 %), в то время как осадочные породы самого верхнего слоя имеют очень небольшую мощность. Самыми распространенными минералами земной коры являются полевые шпаты, кварц, слюды, глинистые минера­лы, образовавшиеся за счет выветривания полевых шпатов. Подчиненное значение имеют пироксены и роговые обманки. Различие среднего соста­ва континентальной и океанической коры предопределено, по А. А. Яро- шевскому, различием среднего состава корообразующих вулканических пород — островодужных вулканитов и океанических базальтов.

Состав верхней и нижней мантии может быть определен только предположительно на основе геофизических и экспериментальных дан­ных. Верхняя мантия ниже границы Мохоровичича с наибольшей до­лей вероятности сложена ультраосновными породами, обогащенными Fe и Mg, но в то же время бедными кремнеземом. Не исключено, что среди пород верхней мантии много эклогитов, которые образуются при высоких давлениях, о чем свидетельствует появление в них минерала граната, устойчивого при том давлении, которое существует в верхней мантии.

Основными минералами вещества верхней мантии являются оливин и пироксены. По мере увеличения глубины твердое вещество мантии скачкообразно на границах, устанавливаемых сейсмическим методом, претерпевает структурные преобразования, сменяясь все более плот­ными модификациями минералов, и при этом не происходит измене­ния химического состава вещества, как это показано Д. Ю. Пущаровс- ким (табл. 3).

Химический и минеральный состав ядра предполагается на основа­нии расчетных давлений около 1,5 Мбар, существующих глубже 5120 км. В таких условиях наиболее вероятно присутствие вещества, состоя­щего из Fe с 10 % Ni и некоторой примеси серы во внешнем ядре, кото­рая образует с железом минерал троилит. Как полагает А. А. Ярошевс- кий, именно эта легкоплавкая эвтектическая смесь обеспечивает стабильность жидкого внешнего ядра, выше которого находится твердая силикатная мантия.

Таким образом, Земля оказывается расслоенной на металлическое ядро, твердую силикатную мантию и кору, что обусловливается раз­личной плотностью и температурой плавления, т. е. различиями физи­ческих свойств вещества мантии и ядра согласно представлениям А. А. Ярошевского. Эти различия могли сформироваться еще на стадии гетерогенной аккреции планеты, т. е. в ходе формирования минераль­ного состава протопланетного вещества.

Земная кора — тонкая оболочка нашей планеты, она обогащена лег­коплавкими соединениями, образовавшимися при плавлении мантий-

Таблица 3 Корреляция минеральны к преобразований в мантии, уровней глобальных ссйсмчческчх разделов {зь[делены курсивом» н прадложеннь х границ глубинных геогфер, основанных на данных сейсмьiecKoit томографии (по Д.Ю. Пущаровскому)1 Глубина,км Минеральные преобразования Гранины сфер 140 Структурная перестройка оливииа а — (Mg Fe2) SiO, в вадслеит — (Mg, FeJ)Si01 Верхняя мантия Верхняя часть 520 Структурная перестройка вадслеита в риигвуд — у-модификацию оливина (Mg. Ft,) SiO( со структурой шпинели 400-500 Трансформация пироксенi (Mg, Fe) SiOj в гранат мейджорит Mg3 (Fe, Al, Si)s Si3012 Нижняя часть 670 Шп»нелеподобный ри')гвуднт трансформируется в ассоциацию (Mg, Fe) иеровскита и Mg-вюстита 850-900 Пироп Mg, А13 Si3 О,., => в рочГичесю- ii перовскит (VIg, Fe) БЮ, Ji=>B твердый pa г г вор КОрувд-f льмени I а А1,0., Нижняя мантия 1200 Перестройка SiO; со структурой стишовита в структурный тип СаС1г (ромбический шало г рутила ПО,) 1700 Изменение характера межатомных связей (металлизация) вюстита FeO 2000 SiOj, со структурой СаС1, переходит в фазу со структурой, промежуточной между a-PbOa и ZrO,; происходит распад перо в с к итоп одобмого tv.gSiO^; изме­нение электрон но ii структуры атомов Fe (HS=>LS) в структуре вюстита FeO; образование FeO со структурой типа иикелнна NiAs 2200-2300 Трансформация А1 Оэ со структурой к ору и да и фа <у с ромбической структу­рой Rh-Os (II) 2700-2900 Слой D. Постеровскктовая фаз;! (MgSiO,) 75 % и СаСОя со струкгу]юй пироксена

В си*зи с Йзгоиотенностью мантии таблицу следует рассматривать в известной мере как модельную

ного вещества. Поэтому магматизм во всех его проявлениях и явля­ется тем главным механизмом, обеспечивающим формирование лег­коплавкой фракции и ее продвижение во внешнюю зону Земли, т. е. формирование земной коры. Магматические процессы фиксируются с самого раннего геологического времени, породы которого доступ­ны наблюдению, а следовательно, в это же время началась дегазация мантии, в результате чего были сформированы атмосфера и гидро­сфера.