ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Строение и химический состав земной коры из "Экологическая химия" Самая верхняя из твердых оболочек нашей планеты носит название земной коры вместе с верхней мантией она образует литосферу. Граница между корой и верхней мантией, называемая поверхностью Мохоровичича, лежит под континентами на глубине около 50 км, тогда как под океанами толщина коры составляет всего 5-10 км. Верхнюю часть континентальной земной коры составляет осадочный чехол, а вся остальная ее толща разделяется на два слоя - гранитный и базальтовый (поверхность раздела между ними называют поверхностью Конрада). [c.33] Древнейшими элементами структуры континентальной коры являются древние платформы - обширные, тектонически мало подвижные массивы. Платформы разделяются и окаймляются тектонически активными геосинклинальными областями, характеризующимися большой амплитудой вертикальных движений и высокой сейсмичностью. Протяженность геосинклинальных областей составляет десятки тысяч, а ширина - сотни и даже тысячи километров. Таким образом, к геосинклинальным областям относится достаточно большая часть поверхности современных континентов (около 10 % площади земного шара), а сами они включают разломы (рис. 1.11), часто рассекающие всю толщу коры и проникающие в верхнюю мантию Земли. Такие разломы служат каналами для восходящих гидротермальных растворов и глубинных газов. [c.33] Для характеристики распространенности химических элементов в земной коре используют понятие кларка - среднего значения относительного содержания химических элементов. Эта величина названа в честь американского химика Ф. У. Кларка, положившего в последние десятилетия XIX века начало статистическому изучению распространенности элементов. В более широком понимании кларк относят не только к земной коре, но также и к другим глобальным (например, растительность континентов) и космическим системам. Различия в кларках химических элементов очень велики. Условно элементы делят на две группы главные, с содержанием не менее 0,1 %, и рассеянные (табл. 1.5). [c.34] Главные элементы образуют самостоятельные химические соединения (минералы), а входящие во вторую группу преимущественно рассеяны в природных минералах. Исследования показали, что в горных породах рассеянные элементы либо входят в кристаллохимическую структуру породообразующих минералов, либо приурочены к различного рода дефектам кристаллов, главным образом - микротрещинам. Связанные с такими дефектами адсорбционными силами элементы легко извлекаются слабыми растворами кислот и оснований. [c.36] Особенность распределения рассеянных элементов в земной коре заключается в их способности образовывать скопления (месторождения), в которых их содержания в сотни и тысячи раз превышают кларковые. Однако доля рассеянных элементов в подобного рода скоплениях весьма мала по сравнению с их общим содержанием в земной коре. Для количественной характеристики неоднородности распределения элементов В. И. Вернадским было введено понятие кларка концентраций К = А1К. Здесь А - содержание элемента в данном объекте (порода, минерал), а К - его кларк. Если 1, то говорят об обогащении, а при К 1 - о снижении содержания элемента по сравнению со средним для земной коры. [c.36] Среднее содержание рассеянного химического элемента в данном регионе формирует его геохимический фон. Участки с повышенной по сравнению с региональной концентрацией элемента называют геохимическими аномалиями. Часто они связаны с залежами руд, окруженными ореолами рассеяния как главных рудообразующих элементов, так и элементов-спутников. [c.36] Важной составляющей литосферы являются подземные воды, общий объем которых в осадочном чехле оценивается в 61,4 10 км. Вода присутствует в земной толще как в свободном виде, так и в связанной форме, а также в различных агрегатных состояниях в виде паров, жидкости и льда. Подземные воды представляют собой сложную физико-химическую систему, находящуюся в динамическом равновесии с вмещающими породами. [c.36] Свободные воды подземной гидросферы в той или иной степени минерализованы, и наиболее редкими (около 2 % общего запаса) оказываются пресные воды. В основном это грунтовые воды, непосредственно связанные с поверхностными источниками (реки, озера и водохранилища). Общая минерализация их не превышает 1 г/л (1 %о), а по составу они относятся к гидрокарбонатным. Как правило, грунтовые воды отличаются высоким (до 35 мг/л и более) содержанием растворенного органического вещества исключение составляют подземные воды аридного (засушливого) пояса, в которых концентрации обычно не превышают 20 мг/л. [c.36] Основной объем подземной гидросферы приходится на долю соленых (до 35 г/л) и рассольных вод (с минерализацией до 500-600 г/л). Их формирование происходит преимущественно в глубинных слоях осадочного чехла в зонах медленного водообмена, характеристические временные масштабы которого составляют сотни тысяч и миллионы лет. lio составу они относятся главным образом к хлоридным. [c.37] Кроме растворенных в подземных водах и нефти, в литосфере Земли содержатся большие количества других газообразных компонентов. Это свободные газы микротрещин и пор, сорбированные минералами и горными породами, заключенные в полостях и закрытых порах минералов. Оценка содержания некоторых газовых компонентов в литосфере приведена в табл. 1.6. Эти данные получены на основании изучения газовых вытяжек из тонко измельченных образцов пород, т. е. метода, обеспечивающего извлечение всего лишь около 10 % включенных в них газов. Следовательно, приведенные значения газосодержания пород разных оболочек твердой Земли, по всей вероятности, занижены в 10 раз, а общая масса газов, содержащихся в литосфере, на несколько порядков превышает массу современной атмосферы. [c.37] Внешние, экзогенные факторы, воздействующие на земную кору, - это лунно-суточные приливные движения, проявляющиеся в изменении уровня подземных вод и в малых вариациях упругих свойств пород. К числу таких факторов, вероятно, следует причислить взаимодействие с ионос рой Земли, индуцирующее электрические токи в глубинных слоях планеты. Экзогенными факторами, воздействующими непосредственно на земную поверхность, являются процессы выветривания горных пород, изменение рельефа реками, движущимися ледниками и т. д. [c.38] Поверхность континентов покрыта продуктами гипергенеза (выветривания) горных пород. Эта внешняя оболочка литосферы суши мощностью от десятков сантиметров до десятков и даже сотен метров служит главным источником рассеянных химических элементов, циркулирующих в биосфере. В течение геологического времени многократно перемешанный и переотложенный обломочный материал подвергался глубокой трансформации, в результате которой вулканические породы (железомагнезиальные силикаты типа оливина и др.) и полевые шпаты разрушались и превращались в гипергенные силикаты. К их числу относятся минералы глин - каолинит, монтмориллонит, метагалау-зит, гидрослюды и др. Такое преобразование сопровождалось высвобождением рассеянных химических элементов и их переходом в гидросферу. [c.38] Выщелачивание рассеянных элементов и включение их в миграционные процессы происходит не только в результате воздействия абиогенных факторов на горные породы и продукты их механического разрушения. Активное участие в этом играют и живые организмы. Некоторые из них, прежде всего древесные растения, извлекают с помощью корневой системы из глубин рудные элементы, включая тяжелые металлы. Последующее разложение лиственного опада и мертвой древесины приводит к обогащению поверхностного слоя почвы этими элементами. Следовательно, можно говорить о функционировании своеобразного геохимического, а точнее биогеохимического насоса (В. М. Гольдшмидт), благодаря которому на поверхности зачастую образуются геохимические аномалии. [c.39] Следует отметить также и косвенное участие растительности в извлечении из минеральной матрицы рассеянных элементов. В результате разложения растительного опада образуются водорастворимые кислые метаболиты и гумусовые кислоты, речь 6 которых пойдет ниже. Эти продукты довольно легко выщелачивают слабосорбированные на дефектах кристаллов элементы. [c.39] Гумусовые кислоты могут также разрушать различные минералы. Например, распространенный минерал пиролюзит МпОг легко растворяется в воде, содержащей эти органические соединения, причем происходит восстановление марганца до Мп . Гумусовые кислоты растворяют и различные соли. Их способность растворять сульфиды тяжелых металлов изменяется в ряду гп Си Со Мп. Иной порядок изменения растворимости в присутствии гумусовых соединений карбонатов этих же металлов Мп Си п N1 Со. [c.39] Мощным экзогенным фактором, воздействующим на земную кору, стала в настоящее время деятельность человека. Если до второй половины XX века недра использовались почти исключительно для добычи полезных ископаемых (и отчасти для питьевого водоснабжения), то сейчас в них создают хранилища нефти и газа, производят захоронение отходов химической и ядерной промышленности. [c.40] Наиболее чувствительны к внешним воздействиям зоны разломов и геологические формации, содержащие большие количества способных к миграции флюидов (вода, нефть, газ). Особенно сильное влияние на геодинамические и гидрологические процессы оказывают подземные ядерные взрывы. В 1980-1984 гг. на Астраханском газоконденсатном месторождении было произведено 15 таких взрывов. Вскоре (с 1986 г.) началась внезапная деформация и уменьшение объема образовавшихся полостей. В результате этих взрывов и, вероятно, предшествовавшего им создания крупных водохранилищ на Волге неоднократно происходило резкое нарушение водного режима недр Прикаспийской низменности. Следствием многолетнего воздействия на недра региона стало увеличение водных масс Каспийского моря, носившее взрывной характер. [c.40] Извлечение из недр полезных ископаемых также продолжает оставаться важнейшим фактором воздействия на земную кору. В конце XX века мировая добыча нефти превысила 2 млрд. т/год, а добыча рудного и нерудного сырья - 100 млрд. т/год. В результате этого происходит заметное перераспределение как минеральной, так и газовой составляющей верхней части осадочного чехла земной коры. [c.41] О масштабах газовыделения из геологических структур в результате человеческой деятельности можно судить по такому факту средний многолетний дебит газов, выделяющихся на одном из многих золоторудных месторождений в Южной Африке (рудник Св. Елена ), составлял примерно 500 млн. м /год. В состав этого газа входят (в %) СН 78,4, Не 8,0, СО2 0,8, Аг 0,3, СО 0,2, Н2 0,1 и N2 0,1. Обильное газовыделение всегда сопровождает вскрытие зон разломов и тектонического дробления горных пород, к которым обычно приурочены месторождения некоторых рудных ископаемых. [c.41] Вернуться к основной статье