Строение земли и магматизм

Строение Земли и образование магматических пород:

Магматизм Магматизм, как природное явление сводится к плавлению твердого вещества, залегающего на глубине десятков и сотен километров от поверхности Земли. Возникающие при этом расплавы, или магмы (от греческого "magma" - густая мазь, тесто), поднимаются вверх в область меньшего давления, достигая в пределе поверхности суши или морского дна при вулканических извержениях. Затвердевшие расплавы образуют магматические горные породы. Различают эффузивные (вулканические) породы, затвердевшие на дневной поверхности или дне водоемов, и интрузивные (внедренные) породы, которые кристаллизовались на той или иной глубине в виде тел различной формы. В дальнейшем эти тела могут быть подняты, размыты и становятся доступными для наблюдения. Эффузивные (вулканические) породы составляют лишь около 10% всей массы магматических расплавов, а интрузивные - 90%. Эффузивные и интрузивные породы сходного химического и минерального составов отличаются строением. Лавовые потоки, которые образуются при вулканических извержениях, имеют небольшую толщину (метры - десятки метров) и затвердевают очень быстро, в течение нескольких часов или суток. При этом или успевают вырасти только очень мелкие кристаллы, или расплав вообще не кристаллизуется, а превращается в вулканическое стекло - переохлажденную жидкость аморфного строения. Крупные интрузивные тела, достигающие километров в поперечнике и залегающие на большой глубине, кристаллизуются в течение сотен и тысяч лет с образованием крупнозернистых кристаллических структур. Эффузивные и интрузивные породы составляют не менее 90% современной земной коры, а глубже 10-30 км верхняя оболочка Земли целиком состоит из магматического материала, поступавшего с еще большей глубины.

Внутреннее строение Земли Геофизические данные и результаты изучения глубинных включений свидетельствуют о том, что наша планета состоит из нескольких оболочек с различными физическими свойствами, изменение которых отражает как смену химического состава вещества с глубиной, так и изменение его агрегатного состояния как функции давления. Cамая верхняя оболочка Земли - земная кора, под континентами имеет среднюю толщину около 40 км (25-70 км), а под океанами - всего 5-10 км (без слоя воды, составляющего в среднем 4,5 км). За нижнюю кромку земной коры принимается поверхность Мохоровичича - сейсмический раздел, на котором скачкообразно увеличивается скорость распространения продольных упругих волн с глубиной от 6,5-7,5 до 8-9 км/с, что соответствует увеличению плотности вещества от 2,8-3,0 до 3,3 г/см3.

От поверхности Мохоровичича до глубины 2900 км простирается мантия Земли. Верхняя наименее плотная зона толщиной 400 км выделяется как верхняя мантия. Интервал от 2900 до 5150 км занят внешним ядром, а от этого уровня до центра Земли, т.е. от 5150 до 6371 км, находится внутреннее ядро. Как полагают, внутреннее ядро образовано твердым никелистым железом и содержит до 15% более легкого материала, который отождествляют с серой, кремнием или кислородом. Внешнее ядро также является металлическим (существенно железным), но в отличие от внутреннего ядра металл находится здесь в жидком состоянии и не пропускает поперечные упругие волны. Конвективные течения в металлическом внешнем ядре являются причиной формирования магнитного поля Земли.

Мантия Земли состоит из силикатов: соединений кремния и кислорода с Mg, Fe, Ca. В верхней мантии преобладают перидотиты - горные породы, cостоящие преимущественно из двух минералов: оливина (Fe,Mg)2SiO4 и пироксена (Ca, Na)(Fe,Mg,Al)(Si,Al)2O6. Эти породы содержат относительно мало (< 45 мас.%) кремнезема (SiO2) и обогащены магнием и железом. Поэтому их называют ультраосновными и ультрамафическими.

Выше поверхности Мохоровичича в пределах континентальной земной коры преобладают силикатные магматические породы основного и кислого составов. Основные породы содержат 45-53 мас.% SiO2. Кроме оливина и пироксена в состав основных пород входит Ca-Na полевой шпат - плагиоклаз CaAl2Si2O8 - NaAlSi3O8. Кислые магматические породы предельно обогащены кремнеземом, содержание которого возрастает до 65-75 мас.%. Они состоят из кварца SiO2, плагиоклаза и K-Na полевого шпата (K,Na)AlSi3O8. Наиболее распространенной интрузивной породой основного состава является габбро, а вулканической породой - базальт. Среди кислых интрузивных пород чаще всего встречается гранит, a вулканическим аналогом гранита является риолит.

Таким образом, верхняя мантия состоит из ультраосновных и ультрамафических пород, а земная кора образована главным образом основными и кислыми магматическими породами: габбро, гранитами и их вулканическими аналогами, которые по сравнению с перидотитами верхней мантии содержат меньше магния и железа и вместе с тем обогащены кремнеземом, алюминием и щелочными металлами. Под континентами основные породы сосредоточены в нижней части коры, а кислые породы - в верхней ее части. Под океанами тонкая земная кора почти целиком состоит из габбро и базальтов.

Установлено, что основные породы, которые по разным оценкам составляют от 75 до 25% массы континентальной коры и почти всю океаническую кору, были выплавлены из верхней мантии в процессе магматической деятельности. Кислые породы обычно рассматривают как продукт повторного частичного плавления основных пород в пределах континентальной земной коры. Перидотиты из самой верхней части мантии обеднены легкоплавкими компонентами, перемещенными в ходе магматических процессов в земную кору. Особенно "истощена" верхняя мантия под континентами, где возникла наиболее толстая земная кора.

Эффузивные (вулканические) и интрузивные породы Высокая скорость подъема является причиной того, что расплавы начинают затвердевать, лишь достигнув дневной поверхности или заполнив какую-либо промежуточную камеру на глубине. Форма и размер возникающих при этом кристаллов определяется степенью переохлаждения расплава относительно равновесной температуры кристаллизации, что, в свою очередь, зависит от темпа охлаждения. При быстром остывании магматических тел достигается высокая степень переохлаждения, и в этих условиях вместо хорошо ограненных кристаллов появляются скелетные формы причудливых очертаний. О том, что такое скелетный кристалл, можно судить по форме снежинок, которые представляют скелетные кристаллики льда.

При кристаллизации магматических расплавов сначала возникают точечные зародыши кристаллов, которые затем увеличиваются в размерах. Линейные размеры кристаллов определяются соотношением скоростей образования зародышей (количеством зародышей в единице объема в единицу времени) и их последующего роста (приращение длины или ширины кристалла в единицу времени). Обе скорости являются функциями переохлаждения расплава (DТ) и достигают экстремума при определенных величинах DТ. При малом переохлаждении скорость возникновения зародышей мала, а скорость их роста велика; в результате возникают крупнозернистые кристаллические агрегаты, состоящие из относительно небольшого числа крупных кристаллов. При значительном переохлаждении скорость образования зародышей достигает максимума, а скорость роста каждого зародыша падает; как следствие этого формируются мелкозернистые магматические породы. Максимальное переохлаждение достигается при затвердевании тонких лавовых потоков, а минимальное - при кристаллизации крупных интрузивных тел. Отсюда и разница в структуре эффузивных (вулканических) и интрузивных пород.

К списку статей