Земната кора: какво представлява, видове, структура, образуване и състав

Земната кора е онази тънка, твърда обвивка, която покрива нашата планета и, вярвате или не, представлява по-малко от 1% от общия обем на ЗемятаТой поддържа континентите и океаните, развива почвите и поддържа биосферата, включително човечеството с всичките му дейности. Въпреки тънките си размери, ролята му е от съществено значение за разбирането на земетресенията, вулканите, планините, минералните ресурси, подземните води и като цяло функционирането на геосферата.

На пръв поглед може да си помислим, че земната кора е хомогенна, но не е. Тя е фрагментирана на големи блокове (плочите), които се движат бавно върху по-пластичните материали на горната мантия. Благодарение на тази динамика, Океанската кора се обновява, планинските вериги се издигат, а океаните се отварят или затварят.Освен това, земната кора пази спомена за почти цялата геоложка история: океанската кора е млада и се рециклира, докато голяма част от континенталната кора е древна и се натрупва с течение на времето.

Какво точно представлява земната кора?

От структурна гледна точка, земната кора е най-горният слой на геосферата и се простира от повърхността до Прекъснатост на Мохоровичич (Moho)Сеизмичната граница маркира рязък преход към мантията. Заедно с горната мантия тя образува литосферата, твърдата обвивка, която се движи върху по-пластичен слой на мантията, наречен астеносфера.

Има два основни вида кора: континентален и океанска кораПървият е по-дебел, по-малко плътен и много хетерогенен; вторият е по-тънък, мафичен (богат на Mg и Fe) и сравнително еднороден. Ако се вземе общата средна стойност, комбинираща двата типа, дебелината е около 15–20 кмВъпреки че континенталната кора е средно около 30–40 км (с крайности от 70–80 км под големи планински вериги), океанската кора обикновено има 6–10 км магмени скали плюс покривка от седименти.

Видове кора и техните основни характеристики

По отношение на регионалната организация, в рамките на континенталната кора разграничаваме орогени (тектонично активни зони с вулканизъм и сеизмичност) и кратони (древни и стабилни ядра). Те често се намират върху основата, която обикновено е образувана от древни магмени и метаморфни скали. седиментна покривка с много разнообразна възраст и литология.

La океанска кора Тя покрива приблизително 55% от повърхността на планетата, въпреки че този процент не съответства на общата площ на океаните, тъй като има морски басейни с континентални дъна. Тя е по-тънка (магматични дебелини от 6–12 км, обикновено около 7 км) и по-плътна (относителна плътност около 2,9 g / cm³), с базалто-габроиден състав с мафичен афинитет. Океанската литосфера Произвежда се и консумира непрекъснатоСледователно, най-старата запазена океанска кора обикновено не надвишава 180–200 милиона години.

Вътрешна структура на океанската кора

Кората под океаните обикновено се разпознава като имаща три припокриващи се нива. В основата, Ниво III (заедно с плесента) е съставен от габрососновни плутонични скали. По-горе, Ниво II съответства на базалти, с долна зона от роеви диги и горна част от подложки (възглавнична лава), която бързо се втвърдяваше при контакт с морска вода. Увенчавайки цялото, Ниво I Това е седиментната покривка: пелагичен в центъра на басейните и теригенен към континенталните покрайнини.

Разликата между габро и базалт е преди всичко в текстура (плутонична срещу вулканична)тъй като споделят основен състав. От другата страна на Мохо, горната мантия е доминирана от ултрамафични перидотити. Въпреки че океанската кора обикновено е с дълбочина от няколко хиляди метра, има поразителни изключения: Исландия или области на Yibuti Те се появяват като сегменти от средноокеанските хребети, които достигат морското равнище. Освен това, процесите на обдукция и акреция генерират образувания в орогените. офиолити, пакети от океанска кора и мантия, които са били поставени върху континентите.

Континенталната кора вътре: горна, средна и долна

Вертикално континенталната кора е сложна. От хълма Мохо нагоре понякога се появява следното: Прекъснатостта на КонрадСеизмична фазова граница, която в определени региони разделя мафичните от фелзичните скали на средна дълбочина. Най-общо казано, могат да се разграничат три композиционни области с типични сеизмични скорости:

• Долна кора (≈25–45 km или повече): преобладават мафични гранулити с алуминиеви пироксени и плагиоклаз; среден базалтов състав (~52% SiO2; ~7% MgO); Vp ≈ 6,9–7,2 км/с.

• Средна кора (≈15–25 km): хетерогенна, в равновесие на амфиболитния фациес; междинен състав (~60% SiO2; ~3,5% MgO); Vp ≈ 6,2–6,5 км/с.

• Горна кора (<15 км): средно гранодиоритен, със седиментни, вулканични и плутонични скали; общ състав фелсика (~66% SiO2)Vp ≈ 6,2 км/с.

Що се отнася до относителния обем, съвременните оценки поставят приблизително един 31,7% в горната част на кората, 29,6% средно y 38,8% в долната част на странатавъпреки че тези числа могат да варират в различните региони.

Химичен състав и най-разпространени минерали

Земната кора съдържа почти всички химични елементи, но преобладават тези, които образуват минералите на по-малко плътните материали. В континенталната кора минерали като [вмъкнете примери тук] са преобладаващи. кварц, фелдшпати и слюдиВ допълнение към глините и други силикати, океанската кора и горната мантия са богати на мафични и ултрамафични минерали, като пироксените и оливинът са особено добре представени.

Като ориентир, средното разпределение на елементите в кората показва високи проценти на кислород и силиций, последвани от алуминий, желязо и други катиони, често срещани в силикатите:

Кислород	46,6%
силиций	27,7%
алуминий	8,1%
желязо	5,0%
Calcio	3,6%
натрий	2,8%
калий	2,6%
Магнезий	2,1%

Тези цифри помагат да се разбере защо континенталната кора е сравнително богата на SiO2 и обеднял в MgO срещуположно на мантията. По същия начин, земната кора съдържа голяма част от несъвместими елементи (тези, които не се вписват лесно в кристалните структури на мантийните минерали) и концентрира голяма част от икономически експлоатираните микроелементи.

Произход и ранна еволюция: от първичната до съвременната кора

Земята е родена около 4.605 милиони години Тя се е образувала от протопланетен диск. Акрецията на планетезимали е генерирала толкова много топлина, че младата планета се е разтопила до голяма степен. С охлаждането си се е образувала първата кора. първичен или първиченВероятно е била разрушавана многократно от големи удари и след това е била възстановена от остатъчния магмен океан. Не е запазена недвусмислена част от тази първична кора: ерозията, бомбардировките и тектониката на плочите в крайна сметка са я заличили.

С течение на времето планетата започна да изгражда кора вторично и третичноВ океанските центрове на спрединг, частичното топене на горната мантия генерира базалтови магми, които кристализират като нова океанска кора, избутвана странично от т.нар. тласък на гребенаНа противоположния полюс океанската кора е разрушена в субдукционни зоникъдето плоча се спуска в мантията; този непрекъснат цикъл обяснява защо океанската кора е сравнително млада.

За разлика от това, континенталната кора е друга история. Най-старите открити скали от континенталната кора достигат възраст около 3.7–4.28 г. сл. Хр. (Narryer Gneiss Terrane в Западна Австралия, Acasta Gneiss в Канадския щит, както и други кратони). циркони Най-старите известни надвишават 4.3 GaСредната възраст на сегашната континентална кора е около 2.0 Gaи добра част от предната кора 2.5 Ga Намира се в много стабилни кратони, които се съпротивляват на субдукция поради по-ниската си плътност.

Как расте континенталната кора: прозорци към архея и протерозоя

През архея са се образували големи обеми континентална кора и е действала тектоника на плочите, въпреки че с по-топли термични условия отколкото днес. Литологии като TTG (тоналит-тронджемит-гранодиорит) са били в изобилие и коматиитас (ултраматични лави, изискващи температури от 1.600–1.650 °C), много рядко срещани след това. С прогресивното охлаждане на планетата към протерозоя, температурите на мантията намаляват, съставът на скалите се променя и големи континентални области се стабилизират и консолидират. кратони на дълги разстояния.

Моделите на растеж предполагат епизоди на ускорено натрупване около 2.7, 1.9 и 1.2 Ga, съвпадащи с периоди на интензивна орогенеза и цикли на суперконтиненти като Родиния, Гондвана и ПангеяОбразуването на кората включва и двете агрегация от островни дъги (метаморфни пояси и гранитен магматизъм), като например развитието на подлежаща обеднена литосферна мантия, която спомага за запазването на тази кора чрез плаваемост.

Води се оживен дебат дали растежът се дължи главно на нормална субдукция и андезитно-дъгов магматизъм, поради събития от супер пера и мантии или за натрупване на океански платаВсички те вероятно са допринесли в различни пропорции, а през архея по-високата потенциална температура на мантията е благоприятствала участието на пера. Във всеки случай повечето специалисти са съгласни с три идеи: обемът на кората се е увеличил с времето, темпът на растеж е бил по-висок през архея, отколкото днес, и епохите на образуване са склонни да се групират в орогенни върхове.

Тектоника на плочите: създаване, рециклиране и горещи точки

Литосферата е сегментирана на плочи, които се движат, задвижвани от сили като избутване на билото и опъване на плочатаКонтрасти на плътността и конвекция в мантията. Нова кора се създава по средноокеанските хребети; океанската кора се консумира от субдукция в падина и островни дъги. По-голямата част от въглерода е концентрирана по границите на плочите. земетресения и вулкани, проследяващи пръстени на активност като тези в Тихия океан.

В допълнение към границите на плочите, има и вулканизъм на горещи точки Подхранван от дълбоки термични колони, този процес не е уникален за Земята: той се наблюдава и на Марс и вероятно отчасти на Венера. Големи островни вериги като Хавай са парадигматични примери за плоча, преминаваща над неподвижен мантиен шлейф.

Повърхностни прояви: земетресения, вулканични изригвания и диастрофизъм

Относителните движения на плочите създават напрежения, които се освобождават под формата на сеизмични вълникоето води до земетресения както на океанските, така и на континенталните граници. Вулканичните дъги се развиват в зоните на субдукция, а континенталните сблъсъци създават планински вериги поради кортикално удебеляване. Взети заедно, тези основни структурни промени исторически се обхващат от термина диастрофизъм.

В океанската кора триенето между плочите и деформацията на морското дъно могат да предизвикат цунами Това се случва, когато има внезапно изместване на водния стълб. В континенталната кора сеизмичността се проявява като земетресения с различна магнитуда, свързани с активни разломи.

Каква е дебелината му и колко място заема?

Ако вземем средната стойност за света, дебелината на земната кора е приблизително между 15 и 20 кмРезултатът от комбинирането на тънката океанска кора с по-дебелата континентална кора. средна дълбочина на съвременната континентална кора обикновено е закръглена до около 35 kmВъпреки че варира значително в зависимост от тектониката, океанската кора рядко надвишава 10–12 км мафични скали (с повече седименти в горната част). Като повърхностна площ, океанската кора заема приблизително 55% от планетатавъпреки че част от морското дъно лежи върху континентална кора.

Проучване и дълбоко сондиране

Структурата на земната кора е известна благодарение на сеизмологията, геофизиката, геохимичните изследвания и, в по-малка степен, дълбокото сондиране. Най-известното от тях е Свръхдълбок сондаж Кола (Русия), който достигна 12 262 м между 1970 и 1989 г. В Германия проектът КТБ (1987–1995) достигна 9 101 м, спирайки поради по-високи от очакваните температури, напомняне за геотермален градиент.

Пробиването през океанското дъно от кораб е технически сложно. Японският кораб Чикю (В експлоатация от 2005 г.) има за цел да сондира до ~7 км под морското дъно, за да проникне в океанската кора и да се доближи до протока Мохо. Съвсем наскоро, през 2023 г., китайският изследователски кораб беше кръстен Мънсян, проектиран с цел пробиване през земната кора, за да достигне мантията.

От историческата теория до съвременния консенсус

Преди тектониката на плочите, модели като теория на свиванетоТази идея, подкрепяна от Едуард Зюс в края на 19 век, постулира, че с охлаждането на планетата от разтопено състояние, кората ѝ ще се набръчка като кората на съхнеща ябълка, създавайки планини. Макар и гениална, съвременната геология да обяснява планинските вериги много по-добре с... сблъсъци и субдукции в рамките на мобилните плочи.

През 1912 г. Алфред Вегенер предлага Континентален дрифт и суперконтинента Пангея; неговата хипотеза е критикувана по това време заради липса на механизъм, но десетилетия по-късно, с доказателства от океанското дъно, палеомагнетизма и картографирането на средноокеанските хребети и пади, тя е интегрирана в пълната теория на Тектонични плочи които приемаме днес.

Връзка с мантията и литосферата

Тектоничните плочи включват кора и по-твърдата горна мантия (литосфера). Под тях се намира астеносферата, слой от горна мантия по-меки и с пластично поведение, което позволява плъзгане. Тази конфигурация обяснява защо цели плочи могат да се движат леко като твърди „салове“ върху бавно течащ материал.

Кой е по-тънкият слой и кой е по-плътният?

Сред вътрешните слоеве на Земята (кора, мантия, външно ядро ​​и вътрешно ядро), Кората е най-тънка.Най-външната твърда част е именно земната кора, така че когато питаме за „твърдия слой“ на планетата по отношение на външната повърхност, ние имаме предвид тази твърда кожа, по която ходим всеки ден.

Практическо значение: строителни ресурси и материали

Разбирането на кората е от съществено значение за локализацията природни ресурси (огромни водородни находища(метални и неметални минерали, строителни скали, изкопаеми горива, подземни води), оценяват геоложките рискове и планират инфраструктура. Характерът, съставът и структурата на земната кора влияят на разпространение на гранити, базалти, варовици или шисти използвани в строителното инженерство и архитектурата, както и техните механични свойства.

Освен това, кората е сцената, на която те взаимодействат атмосфера и хидросфераТези процеси регулират климата и образуването на почвата. По очевидни причини, това е и единственият слой, където сухоземният (неморски) живот е трайно установен, затваряйки цикъла между геологията и биосферата.

Фини детайли: плътности, фази и разлики в състава

Интересна особеност е, че разликата между габро и базалт в океанската кора е тема на фаза и текстуране толкова по състав: първият кристализира бавно на дълбочина (плутонски), а вторият се охлажда бързо на повърхността или на морското дъно (вулканичен). Преходът през Мохо към ултрамафични перидотити бележи ясен химичен скок, с повече Магнезий и Fe в мантията спрямо земната кора.

Океанската кора, поради по-голямата си плътност, лесно се субдуцираОкеанската кора, бидейки по-лека, плава и е склонна да се запази. Ето защо океанската кора се рециклира в цикли от стотици милиони години, докато континенталните фрагменти са оцелели в продължение на милиарди години, съхранявайки безценна геоложка памет.

Възраст и съхранение: защо континенталният е толкова стар?

Континенталните епохи датират отпреди повече от 4.0 Ga в циркони вече >3.7 милиарда години в скалите, защото континенталната кора е трудно да се разруши чрез субдукция. Освен това, през цялата история на Земята е имало периоди на епизодичен растеж и съхранение, свързано със суперплюмове и големи орогенези. Въпреки това, континенталната кора ерозира и е частично рециклирана: седименти, които в крайна сметка се поддават или тектонична ерозия по краищата Те допринасят за връщането на материала в горната мантия.

Историческа бележка за познанието за кората

Земната повърхност е картографирана от древни времена и дори гръцките философи са размишлявали върху нейната структура. Въпреки това, задълбоченото изучаване на по-дълбоките слоеве започва през век XVIII и е експлодирала през 20-ти век с помощта на съвременната физика. Вулканизмът, земетресенията и по-късно инструменталната сеизмология са отворили прозорци към структурата които не можем да наблюдаваме директно, допълнено от сондажна и полева геофизика.

Бележки за растежа, моделите и противоречията

Средният състав на континенталната кора е предмет на дебати от десетилетия. Т.нар. андезитен модел Тейлър и Макленън предлагат глобално андезитна кора с базалтова долна кора, което е в съответствие с идеята за дъговия магматизъм като движеща сила на растежа. Други автори възразяват, че геохимичните баланси и откритите участъци изискват въвеждането на по-обемна средна кора и допълнителни процеси.

Алтернативните модели подчертават важността на гореща субдукция (с понижаващи се дорзални сегменти), за да се генерира повече топене или натрупване на океански плата с необичайно дебел базалт. Геоложката реалност вероятно съчетава няколко сценария, като относителните тегла се променят с течение на времето, особено в по-горещ архей с по-малки и по-многобройни плочи.

Бързи въпроси за въвеждане на ред

Каква е връзката между земната кора и горната мантия?

Комбинацията от кората и твърдата горна мантия образува литосферакоято лежи върху по-пластичната астеносфера. Това свързване обяснява движението на плочите и създаването/рециклирането на кората в рамките на тектониката.

Кой е най-тънкият слой на Земята?

Между кората, мантията и ядрото, Кората е най-тънка.Океанската кора е с дебелина само няколко километра, а континенталната кора, макар и много по-дебела, едва достига десетки километри в сравнение с хиляди в мантията.

Какво представлява външният „твърд слой“?

Твърдата външна обвивка е cortezaкоято, заедно с твърдата горна мантия, образува литосферата. Под нея мантията става по-пластична с дълбочина.

Каква беше теорията за свиването?

Модел преди настоящия консенсус, предложен от Едуард Зюскойто приписва планините на набръчкването на кора, която се свива при охлаждане, нещо като кората на сушен плод. Днес знаем, че сблъсък на плочи и субдукция Те обясняват по-добре орогенезата.

Какво е континентален дрейф?

Хипотезата за Вегенер което предлагаше разпадането на суперконтинент (Пангея) на по-малки, подвижни сухоземни маси. С течение на времето тази идея беше интегрирана в Тектонични плочи благодарение на доказателства от океанското дъно и палеомагнетизма.

Като се има предвид цялостната картина, земната кора се очертава като много тънък, но решаващ слой: океански, млади и рециклирани в непрестанен цикъл; континентален, древен и сложен, със спомени за суперконтиненти, пера и лъкове; химически диференцирани Относно мантията; и условията за земетресения, вулкани, ресурси и живот. Това, което знаем днес, се основава на сеизмология, геохимия, експерименти и емблематични сондажни проекти като Кола, КТБ или проекта Чикю, и въпреки че въпросите остават отворени – особено относно детайлите на архея и темповете на растеж – имаме солидна рамка за разбиране как скалистата повърхност на нашата планета се генерира, трансформира и запазва.