Контрольная работа: Земная кора, выветривание, Круговорот элементов в почве

Проверил:Хабаров А.В. Студент: Папикян В.А.

Москва 07.12.2010

СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ

В строении земной коры участвуют все описанные типы горных пород - магматические, осадочные и метаморфические, залегающие выше границы Мохо. Как в пределах континентов, так и в пределах океанов выделяются подвижные пояса и относительно устойчивые площади земной коры. На континентах к устойчивым площадям относятся обширные равнинные пространства - платформы (Восточно-Европейская, Сибирская), в пределах которых располагаются наиболее устойчивые участки - щиты (Балтийский, Украинский), представляющие собой выходы древних кристаллических горных пород. К подвижным поясам относятся молодые горные сооружения, такие, как Альпы, Кавказ, Гималаи, Анды и др. Материковые структуры не ограничиваются только континентами, в ряде случаев они протягиваются в океан, образуя так называемую подводную окраину материков, состоящую из шельфа, глубиной до 200 м, континентального склона с подножьем до глубин 2500-3000 м. В пределах океанов также выделяются стабильные области - океанские платформы - значительные площади ложа океана - обширные абиссальные (греч. "абиссос" - бездна) равнины глубиной 4-6 км, и подвижные пояса, к которым относятся срединно-океанские хребты и активные окраины Тихого океана с развитыми окраинными морями (Охотское, Японское и др.), островными дугами (Курильские, Японские и др.) и глубоководными желобами (глубиной 8-10 км и более) (

На первых этапах геофизических исследований выделялись два основных типа земной коры: 1) континентальный и 2) океанский, резко отличающиеся друг от друга строением и мощностью слагающих пород. В последующем стали выделять два переходных типа:

1) субконтинентальный

2) субокеанский.

Континентальный тип земной коры. Мощность континентальной земной коры изменяется от 35-40 (45) км в пределах платформ до 55-70 (75) км в молодых горных сооружениях. Континентальная кора продолжается и в подводные окраины материков. В области шельфа ее мощность уменьшается до 20-25 км, а на материковом склоне (на глубине около 2,0-2,5 км) выклинивается. Континентальная кора состоит из трех слоев. Первый - самый верхний слой представлен осадочными горными породами, мощностью от 0 до 5 (10) км в пределах платформ, до 15-20 км в тектонических прогибах горных сооружений. Скорость продольных сейсмических волн (Vp) меньше 5 км/с. Второй - традиционно называемый "гранитный" слой на 50% сложен гранитами, на 40% - гнейсами и другими в разной степени метаморфизованными породами. Исходя из этих данных, его часто называют гранитогнейсовым или гранитометаморфическим . Его средняя мощность составляет 15-20 км (иногда в горных сооружениях до 20- 25 км). Скорость сейсмических волн (Vp) - 5,5-6,0 (6,4) км/с. Третий, нижний слой называется "базальтовым". По среднему химическому составу и скорости сейсмических волн этот слой близок к базальтам.

Однако высказывается предположение, что он сложен основными интрузивными породами типа габбро, а также метаморфическими породами амфиболитовой и гранулитовой фаций метаморфизма, не исключается наличие и ультраосновных пород. Правильнее называть этот слой гранулито-базитовым (базит - основная порода). Его мощность изменяется от 15-20 до 35 км. Скорость распространения волн (Vp) 6,5-6,7 (7,4) км/с. Граница между гранитометаморфическим и гранулито-базитовым слоями получила название сейсмического раздела Конрада . Долгое время господствовало представление о том, что граница Конрада существует в континентальной коре повсеместно. Однако последующие данные глубинного сейсмозондирования показали, что поверхность Конрада далеко не всюду выражена, а фиксируется лишь в отдельных местах. Естественно возникают новые интерпретации строения континентальной земной коры. Так, Н. И. Павленковой и другими предложена четырехслойная модель (В этой модели выделяется верхний осадочный слой с четкой скоростной границей. Ниже расположенные части земной коры объединены в понятие кристаллический фундамент, или консолидированная кора, внутри которой выделяются три слоя: верхний, промежуточный и нижний, разделенные границами. Верхний этаж характеризуется вертикально-слоистой структурой и дифференцированностью отдельных блоков по составу и физическим параметрам. Для промежуточного этажа отмечается тонкая горизонтальная расслоенность и наличие отдельных пластин с пониженной скоростью сейсмических волн (Vp) - 6 км/с (при общей скорости в слое 6,4-6,7 км/с) и аномальной плотностью.

На основании этого делается вывод, что промежуточный слой может быть отнесен к ослабленному слою, по которому возможны горизонтальные подвижки вещества. В настоящее время и другие исследователи обращают внимание на наличие отдельных линз в континентальной коре с относительно (на 0,1-0,2 км/с) пониженными скоростями сейсмических волн на глубинах 10-20 км, при мощности линз 5-10 км. Предполагают, что эти зоны (или линзы) связаны с сильной трещиноватостью и обводненностью пород.

Данные С. Р. Тейлора указывают также, что в пределах континентальной коры нет единого слоя с пониженной скоростью, а отмечается прерывистая расслоенность. Все сказанное свидетельствует о большой сложности континентальной земной коры и неоднозначности его интерпретации. Достаточно убедительным доказательством этого являются данные, полученные при бурении сверхглубокой Кольской скважины , достигшей уже глубины свыше 12 км. По предварительным сейсмическим данным, в районе заложения скважины граница между "гранитным" и "базальтовым" слоями должна бы быть встречена на глубине около 7 км. В действительности никакого геофизического "базальтового" слоя не оказалось. На этой глубине под мощной метаморфизованной вулканогенно-осадочной толщей протерозойского возраста были вскрыты плагиоклазовые гнейсы, гранито-гнейсы, амфиболиты - породы среднетемпературной стадии метаморфизма, процентное содержание которых увеличивается с глубиной. Что же послужило причиной изменения скорости сейсмических волн (от 6,1 до 6,5-6,6 км/с) на глубине около 7 км, где предполагалось наличие геофизического "базальтового" слоя? Возможно, что это связано с амфиболитами и их ролью в изменении упругих свойств пород. Возможно также, что указанная ранее (до бурения скважины) граница связана не с изменением состава пород, а с увеличением поля напряжения, обусловленного интенсивными деформациями и неоднократными проявлениями метаморфизма.

Выветривание

Выветривание, процесс разрушения и изменения горных пород в условиях земной поверхности под влиянием механического и химического воздействия атмосферы, грунтовых и поверхностных вод и организмов. По характеру среды, в которой происходит выветривание, различают атмосферное и подводное (Гальмиролиз) По роду воздействия выветривания на горные породы различают: физическое , ведущее только к механическому распаду породы на обломки; химическое , при котором изменяется химический состав горной породы с образованием минералов, более стойких в условиях земной поверхности; органическое (биологическое) , сводящееся к механическому раздроблению или химическому изменению породы в результате жизнедеятельности организмов. Своеобразным типом выветривания является почвообразование, при котором особенно активную роль играют биологические факторы горных пород совершается под влиянием воды (атмосферные осадки и грунтовые воды), углекислоты и кислорода, водяных паров, атмосферного и грунтового воздуха, сезонных и суточных колебаний температуры, жизнедеятельности макро- и микроорганизмов и продуктов их разложения. На скорость и степень выветривания, мощность продуктов и на их состав, кроме перечисленных агентов, влияют также рельеф и геологическое строение местности, состав и структура материнских пород. Подавляющая масса физических и химических процессов (окисление, сорбция, гидратация, коагуляция) происходит с выделением энергии. Обычно виды действуют одновременно, но в зависимости от климата тот или иной из них преобладает.

Виды выветриваний

Физическое выветривание

Самые распространенные механизмы физического выветривания - изменения температуры, приводящие к расширению и сжатию минеральных зерен, слагающих горные породы, и формированию трещин, а также замерзание воды в трещинах и порах, сопровождающееся увеличением ее объема на 1/11. В результате горные породы распадаются на отдельные глыбы, плиты, щебень.
При одной из разновидностей физического выветривания - десквамации - камни "шелушатся", от них отслаиваются тонкие чешуйки.
Разрушаются породы и при кристаллизации в трещинах солей, содержащихся в поднимающейся к поверхности и испаряющейся в воде. Трещины в пластичных породах (глинах, суглинках) образуются при чередовании увлажнения и высыхания.
Физическое выветривание наиболее интенсивно происходит в областях с резкими суточными колебаниями температуры, сухим воздухом и редкой растительностью - главным образом в пустынях и на крутых склонах гор.
На ровных поверхностях в результате физического выветривания образуются россыпи глыб и щебня.
Выветривание происходит неравномерно. Например, на гранитах в местах более податливых формируются многочисленные, похожие на пчелинные соты, ниши. Отдельно стоящие массивы горных пород выветривание разбивает на причудливые глыбы, столбы и даже шары. Форма и размеры фигур зависит от направления и густоты трещин в породах.

Химическое выветривание

Химическое выветривание - разрушение горных пород при взаимодействии их с химически активными элементами (кислородом, углекислым газом, водой, органическими кислотами.). Окисление (соединение минералов с кислородом) особенно заметно для пород, содержащих железо, - они покрываются бурой коркой. Минералы в породах могут изменяться, поглощая воду (процесс гидратации), растворяясь в воде, разлагаясь на отдельные элементы под влиянием воды и углекислого газа (гидролиз).
Наиболее активно химическое выветривание в районах с теплым влажным климатом и густой растительностью.

Биогенное выветривание

Клинья, раздвигают трещины, разбивая скалы. Даже городские жители, вероятно, не раз наблюдали, как подымается и трескается асфальт под напором хрупких с виду растений.
Животные, делая ходы и норы в почве, разрыхляют ее. Некоторые морские моллюски даже просверливают себе норы в прочных прибрежных скалах.
В запасе у некоторых растений и животных есть и химические средства. Мхи и лишайники, например, выделяют гуминовые кислоты, растворяющие горные породы. Подняв с какого-нибудь валуна куртину мха, мы обнаружим под ней небольшое углубление, заполненное рыхлым материалом - продуктом разрушения валуна гуминовыми кислотами, выделяемыми мхами. Самыми первыми на голых скалах поселяются микроорганизмы, готовящие почву для поселения других, высокоорганизованных растений.

"Пустынный загар"

В некоторых случаях выветривание не разрыхляет, а цементирует рыхлые породы. В жарком, сухом климате породы скрепляются углекислой известью, гипсом или поваренной солью. В тропиках - окислами железа и алюминия, образуя мощные покрытия - коры, бронирующие нижележащие рыхлые отложения от размыва. С древними корами выветривания связаны месторождения ценных полезных ископаемых (цветных металлов, никеля, кобальта, железа, бокситов).
В засушливых областях поверхность валунов нередко покрыта черными и бурыми блестящими корками толщиной 1-2 мм, состоящими из окислов железа и марганца. Окислы вместе с водой, содержащейся в породе, при нагревании ее солнечными лучами поднимаются к поверхности, где и остаются после испарения воды.

Круговорот элементов в почве

Геологический круговорот элементов

Атмосферные осадки, проникающие в обломочную породу, обусловливают растворение и передвижение растворимых продуктов выветривания. Быстрее всего и «а большее расстояние переносятся наиболее подвижные соединения. Соединения хлора и серы, отнесенные к наиболее подвижным, вымываются в форме солей с эквивалентным количеством оснований из следующего ряда. Неподвижность Si02 кварца относительная. Некоторая часть элементов, преимущественно наиболее подвижных, выносится в речную сеть и поступает в моря и океаны. Кроме того, реки несут взмученные частицы, полученные в результате размывания русел и смывания их с поверхности.

Весь этот материал откладывается на дне океанов (морей) частью непосредственно, частью после его переработки морскими организмами. В течение тысячелетий на дне океанов образуется мощная толща осадочных пород. По мере погребения новыми осадками ранее отложенные претерпевают глубокие изменения под влиянием возрастающего давления и температуры. В зависимости от степени изменения они переходят в различные метаморфические породы, и затем кристаллические сланцы. В последующем под влиянием тектонических процессов и морских регрессий отложенные на дне океанов (морей) породы могут выходить на дневную поверхность, подвергаться новому континентальному выветриванию. Тогда наступает новый цикл большого геологического круговорота.

Таким образом, большой геологический круговорот элементов слагается из процессов:

• континентального выветривания горных пород, в результате которого образуются подвижные соединения;
• переноса этих соединений с континентов в моря и океаны;
• отложения на дне морей и океанов с последующим метаморфозом;
• нового выхода морских осадочных и метаморфических пород на дневную поверхность.

Биологический круговорот элементов

Материнские горные породы, как правило, не содержат органическое вещество и азот. Элементы зольного питания более или менее равномерно рассеяны в их толще. С поселением растительности и началом почвообразования развивается процесс обогащения верхних горизонтов формируемой почвы органическим веществом, азотом и элементами зольного питания. Это обогащение осуществляется в процессе малого биологического круговорота элементов, который развивается на фоне большого геологического круговорота.

Биологический круговорот элементов состоит:

• из поглощения растениями из атмосферы углерода и кислорода; из почвы - азота, водорода, кислорода, кальция, магния, калия, серы, фосфора, железа, алюминия и многих других элементов, необходимых для жизни растений;
• использования поглощаемых элементов на построение растительных организмов;
• в разложении отмерших растительных остатков и освобождении заключенных в них элементов;
• вовлечении этих элементов в новый биологический круговорот развивающейся растительностью.