История развития земной коры и размещение в ней полезных ископаемых

По последним данным возраст наиболее древних горных пород земной коры достигает примерно 3800000000. Лет. Для определения возраста горных пород в годах применяют несколько геохронологических методов, основанных на явлении радиоактивного распада. При этом используют главным образом радиоактивные изотопы урана, тория, рубицию калия, углерода и водорода. Для некоторых специальных работ применяют также много других изотопов.

Указанные изотопы нестабильны, они постоянно разлагаются с характерными скоростями распада, которые выражают периодами полураспада. Для того чтобы определить возраст, необходимо найти отношение вновь элемента к массе материнского элемента. Радиоактивные изотопы играют роль атомных часов, который начал свой ход с момента кристаллизации минерала.

Точный метод определения абсолютного возраста пород заключается в вычислении отношения количества радиоактивного урана к количеству свинца, содержащегося в рассматриваемой породе. Дело в том, что свинец является конечным продуктом произвольного распада урана. Скорость этого процесса известна точно, и изменить ее нельзя никаким способом. Чем меньше урана осталось и чем больше свинца стало в породе, тем больше ее возраст.

Из методов определения относительного возраста наибольшей популярностью пользуются стратиграфический, петрографический и палеонтологический методы. Стратиграфический метод базируется на изучении положения горных пород в земной коре. Слои, которые в пространственном положении залегают выше рассматриваемых, считаются по времени образования более молодыми, чем подстилающие их породы. Петрографическому методом решается вопрос о возрасте путем сопоставления минерального состава, вида и условий образования пород, выходы которых пространственно не совпадают. Наиболее широко и эффективно применяют в геологической практике палеонтологический метод, основанный на изучении ископаемых остатков вымерших организмов. Достоверно установлено, например, что в разновозрастных пластах осадочных пород встречаются специфические комплексы остатков организмов, которые характеризуют развитие животного и растительного мира в ту или иную геологическую эпоху. Сравнение этих остатков дает возможность судить об относительном возрасте горных пород и составить представление об эволюции органического мира Земли.

История развития земной коры насчитывает около 3,5-4 млрд. Лет. Это время называют геологическим. Геохронология земной коры – это разделение геологического времени на более мелкие единицы времени. Геологическую историю Земли делят на эры, периоды и эпохи (табл. 3). Геохронологическая шкала была принята для общего пользования на второй сессии Международного геологического конгресса в 1981

Геологические данные свидетельствуют, что уже в архейскую эру была земная кора, которая была составлена породами, подобными современных кристаллических и осадочных. Отсюда вытекает предположение, что основные геологические процессы происходили так, как и в более поздние эпохи, – с участием воды и воздуха. Очевидно, существовали материки и океаны, происходили смены времен года, периоды потепления менялись похолоданием с образованием ледников. С тех пор наметилась общая тенденция развития структуры земной коры в сторону разрастания платформ за счет геосинклиналей.

В конце архейской – начале протерозойской эры проявились древнейшие складки образовательные движения, которые привели к возникновению первых платформ, или протоплатформ. В конце протерозоя на огромных пространствах происходила интенсивная складчатость, названная байкальской. Она вызвала поднятия грандиозных складчатых структур горных областей, названных байкалиды. Многочисленными разломами из недр на поверхность Земли поднимались лавовые потоки магмы, которые существенно увеличивали толщину земной коры.

Таблица 3. Основные этапы развития земной коры

Бра	Период и его индекс	Циклы горообразования	Основные геологические события. Вид земной поверхности
1	2	3	4
Кайнозойская, 65 млн лет	Четвертичный, или антропогенный, 1800000 лет, Q	Альпийский	Неоднократные оледенения. Формирование современного рельефа. Появление человека
Неогеновый, 21 млн лет, N	Образование гор: Карпат, Кавказа, Тянь-Шаня, Памира, Камчатки. Интенсивная вулканическая деятельность. Отделение морей: Средиземного, Черного, Каспийского, Аральского. Развитие человекообразных обезьян
Палеогеновый, 42 млн лет, Р	Разрушение мезозойских гор. Начало альпийской складчатости
Мезозойская, 170 млн лет	Меловой, 75 млн лет, К	Мезозойский	Начало образования гор: Карпат, Крыма, Кавказа, Памира, Верхоянского-Колымских, Дальневосточных. Возникновение покрытосеменных растений. Вымирание мезозойских пресмыкающихся, развитие птиц
Юрский, 60 млн лет, и	Мощная складчатисть, разломы материков, вылил магмы и проникновения в толщу земной коры. Образование современных океанов, внутриматериковым морей, заболоченных низменностей на суше. Жаркий влажный климат
Триасовый, 85 млн лет, Т	Поднятие материков и отступления моря. Разрушение герцинских гор (Уральские, Алтайские, Северный Тянь-Шань), образование равнинного рельефа. Вымирание старых и возникновению мезозойских пресмыкающихся. Появление млекопитающих
Палеозойская, 345 млн лет	Пермский 55 млн лет, Р	Герцинский	Завершение герцинской складчатости и образования гор: Урала, Тянь-Шаня (южные пряди), Алтая. Сухой климат. Постепенное исчезновение лесов 3 древовидных папоротников, хвощей и плаунов

Продолжение табл. 3

1	2	3	4
Каменноугольный (карбон), 60 млн лет, С	Размывание Каледонского горных прядей. Герцинских горообразования. Увеличение заболоченных низменностей. Жаркий влажный климат. Развитие роскошной флоры, плаунов, хвощей и древовидных папоротников. Появление пресмыкающихся. Расцвет земноводных
Девонский, 60 млн лет, D	Каледонский	Уменьшение площади морей. Жаркий климат, первые пустыне. Выход позвоночных 3 воды на сушу, появление земноводных. Большое распространение наземных растений. Возникновение голосеменных растений
Силурийский, 25 млн лет, S	Главная фаза каледонской складчатости и образования гор: Саян, Алтая, северной части Тянь-Шаня. Появление рыб
Ордовикский, 45 млн лет, В	Байкальский	Уменьшение морских бассейнов. Мощный вулканизм. Появление первых наземных беспозвоночных животных
Кембрийский, 100 млн лет, С	Снижение материков и затопления больших пространств морями. Завершение байкальского горообразования
Протерозойская, около 2000 млн лет, Pt Архейский, более 2000 млн лет, Ач		Главная фаза байкальской складчатости и образования горных хребтов Прибайкалья и Забайкалья. Сильный вулканизм. Органический мир – безскелетни мягкотелые организмы (из них не образовалось окаменелостей, случаются их отпечатки)

С докембрийским этапом связано формирование основных месторождений различных полезных ископаемых – руд черных и цветных металлов, редких и рассеянных элементов, золота, фосфоритов, алюминиевого сырья, графита, слюды, кварца, лабрадорита, гранита, мрамора и др. В это время образовались, в частности, месторождения железных руд Кривого Рога и Курской магнитной аномалии, многие другие ныне хорошо известных и разрабатываемых месторождений на территории древних тектонических структур.

В палеозойскую эру происходили два больших тектонические циклы: Каледонский и герцинский. Каледонский тектонический цикл (нижний кембрий – силур) начался общим поднятием материков и горообразования. В середине цикла поднятия изменились опусканием, усилился вулканизм. Последний этап этого цикла отмечался новыми поднятиями и складкообразования. Каждый этап цикла означал регрессию или трансгрессии моря, которые сопровождались изменениями климата.

Герцинский цикл охватывал нижний девон, карбон и пермь. В целом он повторяет этапы каледонского цикла: общее поднятие меняется опусканием, в конце его снова происходит поднятие. Каждый этап этого тектонического цикла вызвал существенные изменения в распределении суши и моря, влиял на строение земной коры.

Большие изменения в развитии земной коры произошли также в мезозойско-кайнозойской (альпийской) тектоническом цикле. На этом этапе развития Земли, который имел много общего с обеими предыдущими циклами, значительное развитие получил животный мир. Именно благодаря интенсивной деятельности живых организмов, а также с их остатков образовались специфические горные породы и полезные ископаемые органического происхождения. Значительные территории суши в Южном полушарии покрылись ледниками.

Самый этап начался в четвертичном периоде. В его начале развилось мощное оледенение на севера и в умеренных широтах Европы и Северной Америки. Площадь максимального днепровского оледенения равнялась 47 млн км. Знаменитой событием этого этапа стало появление разумного существа – человека, поэтому и период называется еще антропогенным. На современном этапе в результате своей хозяйственной деятельности человечество все более активно влияет на развитие природных процессов.

Источник

1. Цикличность (периодичность) геологических процессов.

Она заключается в том, что геологические явления и процессы, сменяя друг друга во времени, образуют цепь событий, в которой каждое звено – это законченный цикл. Например, глобальный цикл – формирование суперматерика Пангея и его раскол. Таких циклов в истории земной коры было 2, сейчас протекает третий.

В свою очередь каждый из таких глобальных циклов состоит из нескольких тектонических циклов (или этапов) развития земной коры. Начало каждого этапа – заложение геосинклинальных подвижных поясов, их интенсивное прогибание, в которое вовлекаются соседние платформы. Начинается морская трансгрессия. Инверсия в геосинклинальных поясах сопровождается складкообразованием, вздыманием земной коры и горообразованием. В этот процесс вовлекаются соседние участки платформы – начинается регрессия моря. Каждый тектонический этап завершается увеличением объема континентальной земной коры и увеличением объема платформенных участков земной коры.

2. Направленность геологического развития

а. Наиболее наглядно эта закономерность прослеживается в развитии континентальной коры. От древних этапов к более молодым и современным мы отмечаем сокращение количества геосинклинальных поясов. А по мере прекращения геосинклинального режима складчатая область присоединяется к более древней платформе, тем самым, увеличивая её площадь и объем континентальной коры.

б. Направленность процесса формирования геосинклиналей в разные геотектонические этапы. Она заключается в закономерном проявлении каждого этапа и стадии и соответствующих каждому этапу набору геологических формаций.

в. Эволюция органического мира – яркий пример направленности развития от примитивных организмов к наиболее высоко организованным – венец человек разумный.

г. Сокращение длительности тектонических этапов – если Докембрийский этап длился млрд. лет, то к Mz чуть больше 100 млн. лет

Формирование полезных ископаемых в Земной коре проходило во все геотектонические эпохи.

Докембрийский этап. Образование полезных ископаемых связано с грандиозными по масштабам процессами магматизма и метаморфизма.

Огромные запасы Fe руд сосредоточены в железистых кварцитах (джеспилитах). Это – КМА, Кривой Рог, Канада и т.д.

С метаморфическими комплексами пород связаны месторождения слюд (мусковита и флогопита) в Карелии, Сибири, Индии, Бразилии.

С интрузиями ультраосновного и основного составов связано образование месторождений Платины, Хромита в Ю. Африке (Бушвельдский и Великая Дайка), Cu-Ni – Печенга, Мончегорское, Ю. Африка, С. Америка

С осадочными породами формировались месторождения:

осадочных Fe руд (Бакальская группа, Ю. Якутия и др.),

медистых песчаников (Удокан, Ю. Африка),

Au-конгломераов с U – Витватерсранд, Блайнд-Ривер (Канада),

Mn руды – ЮАР, Гана, Индия

Нефтеносные горизонты Лено-Тунгусской впадины – самые древние вендского возраста.

Каледонский этап – основная часть полезных ископаемых формировалась с осадочным чехлом платформ. Выделяют эпохи:

накопления фосфоритов в раннем кембрии Ср. Азия, Китай, Прибалтика, Вьетнам),

накопления солей – Иркутская обл., Мичиган (США),

формирование газо-нефтеносных горизонтов (м-е Хасси-Мессауд в Алжирской Сахаре, штатыКанзас и Оклахома),

горючих сланцев – Прибалтика,

оолитовых Fe руд США и Канады.

В складчатых областях с интрузиями ультраосновного состава связаны месторождения хромита (Ю. Урал), асбеста (Тува, Канада), а с интрузиями кислого состава – золоторудные месторождения Сев. Казахстана и Кузнецкого Алатау.

Герцинский этап – формируются наиболее разнообразные по генезису и полезным компонентам полезные ископаемые. Появляются новые группы – коры выветривания и ископаемые угли.

Самые древние – Девонские месторождения угля – о. Медвежий. Наиболее мощно угленакопление происходило в краевых прогибах и на платформах происходило в Карбоне и Перми с образованием Печерского, таймырского, Тунгусского бассейнов, в Китае, Индии и Австралии.

Нефтеносные горизонты формируются в Волго-Уральской провинции, на Тимане, в США, Канаде, Иране.

Пермский период – это эпоха соленакопления – м-е Верхнекамское, Германия, США.

На платформах формируются месторождения бокситов – Тихвинское, Сев. Онежское, Китай.

С раннегеосинклинальным вулканизмом связано образование месторождений медноколчеданных руд на Урале, в Аппалачах; а с периодом завершающего этапа складчатости и образованием магматических тел среднего и кислого составов связано образование гидротермальных месторождений золота на Урале, олова – Корнуолл (Англия), железо- и меднорудных скарновых месторождений (г. Магнитная, Высокая, Краснотуринские и др.).

Киммерийский (Мz) этап развития Земной коры – разнообразие полезных ископаемых различного генезиса. На платформах формируются:

угленосные толщи (Сибирь, Китай, Австралия);

эпоха оолитовых Fe руд (Зап. Сибирь, Германия, Франция);

бокситы (Урал, Сибирь, Ср. Азия, Франция, Испания и др.);

фосфориты (пояс от Марокко до Сирии);

соли Туркмении и Сев. Америки.

С трапповым магматизмом связаны:

Cu-Ni месторождения Норильской группы,

алмазы в кимберлитах Африки, Якутии.

В геосинклинальных складчатых областях с гранитными интрузиями связаны многочисленные месторождения Sn, W, Mo, Cu, Pb, Au, Sb, Сев. Америки, Китая, Индонезии, Приморья.

Особенность мезозоя – формирование мощных толщ писчего мела.

Нефть и газ образуют крупные месторождения в Зап. Сибири, Саудовской Аравии, Кувейте, Иране, Ливии и др.

Кайнозойский этап – на фоне разнообразия сформировавшихся месторождений следует выделить:

коры выветривания Fe, Mn, Ni, Co и бокситов;

осадочные руды Fe и Mn (Керченское, Чиатурское и др.);

1/3 мировых запасов нефти (Кувейт, Кавказ, Туркмения, Иран, Ирак, Саудовская Аравия, Каспий);

четвертичные россыпи Au, Pt, Sn, алмазов и др.

С альпийской складчатостью связаны своеобразные золотосеребряные месторождения.

Источник

Земна́я кора́ — внешняя твёрдая оболочка (кора) Земли, верхняя часть литосферы[1]. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Описание[править | править код]

Земная кора схожа по структуре с корой большинства планет земной группы, за исключением Меркурия. Кроме того, кора схожего типа есть на Луне и многих спутниках планет-гигантов. При этом Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической. Для земной коры характерны постоянные движения: горизонтальные и колебательные.

Большей частью кора состоит из базальтов. Масса земной коры оценивается в 2,8⋅1019 тонн (из них 21 % — океаническая кора и 79 % — континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли.

Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами — она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы. Разделяет кору и мантию граница Мохоровичича, на которой происходит резкое увеличение скоростей сейсмических волн.

Океаническая кора[править | править код]

Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. Согласно теории тектоники плит, она непрерывно образуется в срединно-океанических хребтах, расходится от них и поглощается в мантию в зонах субдукции. Поэтому океаническая кора относительно молодая, и самые древние её участки датируются поздней юрой.

Толщина океанической коры практически не меняется со временем, поскольку в основном она определяется количеством расплава, выделившегося из материала мантии в зонах срединно-океанических хребтов. До некоторой степени влияние оказывает толщина осадочного слоя на дне океанов. В разных географических областях толщина океанической коры колеблется в пределах 5—10 километров (9—12 километров вместе с водой)[1].

В рамках стратификации Земли по механическим свойствам, океаническая кора относится к океанической литосфере. Толщина океанической литосферы, в отличие от коры, зависит в основном от её возраста. В зонах срединно-океанических хребтов астеносфера подходит очень близко к поверхности, и литосферный слой практически полностью отсутствует. По мере удаления от зон срединно-океанических хребтов толщина литосферы сначала растёт пропорционально её возрасту, затем скорость роста снижается. В зонах субдукции толщина океанической литосферы достигает наибольших значений, составляя 130—140 километров.

Континентальная кора[править | править код]

Континентальная (материковая) кора имеет трёхслойное строение. Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность. Большая часть коры сложена под верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов, обладающих низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из метаморфических пород — гранулитов и им подобных.

Состав континентальной коры[править | править код]

Земную кору составляет сравнительно небольшое число элементов. Около половины массы земной коры приходится на кислород, более 25 % — на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ba — составляют 99,8 % массы земной коры (см. таблицу ниже).

Распространённость элементов[2][3]

Элемент	Порядковый номер	Содержание, % массы	Молярная масса	Содержание, % кол-во в-ва
Кислород	8	49,13	16	53,52
Кремний	14	26,0	28,1	16,13
Алюминий	13	7,45	27	4,81
Железо	26	4,2	55,8	1,31
Кальций	20	3,25	40,1	1,41
Натрий	11	2,4	23	1,82
Калий	19	2,35	39,1	1,05
Магний	12	2,35	34,3	1,19
Водород	1	1,00	1	17,43
Титан	22	0,61	47,9	0,222
Углерод	6	0,35	12	0,508
Хлор	17	0,2	35,5	0,098
Фосфор	15	0,125	31,0	0,070
Сера	16	0,1	32,1	0,054
Марганец	25	0,1	54,9	0,032
Фтор	9	0,08	19,0	0,073
Барий	56	0,05	137,3	0,006
Азот	7	0,04	14,0	0,050
Остальные	—	~0,2	—	—

Определение состава верхней континентальной коры стало одной из первых задач, которую взялась решать молодая наука геохимия. Собственно из попыток решения этой задачи и появилась геохимия. Эта задача весьма сложна, поскольку земная кора состоит из множества пород разнообразного состава. Даже в пределах одного геологического тела состав пород может сильно варьировать. В разных районах могут быть распространены совершенно разные типы пород. В свете всего этого и возникла задача определения общего, среднего состава той части земной коры, что выходит на поверхность на континентах. С другой стороны, сразу же возник вопрос о содержательности этого термина.

Первая оценка состава верхней земной коры была сделана Франком Кларком. Кларк был сотрудником геологической службы США и занимался химическим анализом горных пород. После многих лет аналитических работ, он обобщил результаты анализов и рассчитал средний состав пород. Он предположил, что многие тысячи образцов, по сути, случайно отобранных, отражают средний состав земной коры (см. Кларки элементов). Эта работа Кларка вызвала фурор в научном сообществе. Она подверглась жёсткой критике, так как многие исследователи сравнивали такой способ с получением «средней температуры по больнице, включая морг». Другие исследователи считали, что этот метод подходит для такого разнородного объекта, каким является земная кора. Полученный Кларком состав земной коры был близок к граниту.

Следующую попытку определить средний состав земной коры предпринял Виктор Гольдшмидт. Он сделал предположение, что ледник, двигающийся по континентальной коре, соскребает все выходящие на поверхность породы, смешивает их. В результате породы, отлагающиеся в результате ледниковой эрозии, отражают состав средней континентальной коры. Гольдшмидт проанализировал состав ленточных глин, отлагавшихся в Балтийском море во время последнего оледенения. Их состав оказался удивительно близок к среднему составу, полученному Кларком. Совпадение оценок, полученных столь разными методами, стало сильным подтверждением геохимических методов.

Впоследствии определением состава континентальной коры занимались многие исследователи. Широкое научное признание получили оценки Виноградова, Ведеполя, Ронова и Ярошевского.

Некоторые новые попытки определения состава континентальной коры строятся на разделении её на части, сформированные в различных геодинамических обстановках.

Граница между верхней и нижней корой[править | править код]

Для изучения строения земной коры применяются косвенные геохимические и геофизические методы, но непосредственные данные можно получить в результате глубинного бурения. При проведении научного глубинного бурения часто ставится вопрос о природе границы между верхней (гранитной) и нижней (базальтовой) континентальной корой. Для изучения этого вопроса в СССР была пробурена Саатлинская скважина. В районе бурения наблюдалась гравитационная аномалия, которую связывали с выступом фундамента. Но бурение показало, что под скважиной находится интрузивный массив. При бурении Кольской сверхглубокой скважины граница Конрада также не была достигнута.
В 2005 году в печати обсуждалась возможность проникновения к границе Мохоровичича и в верхнюю мантию с помощью самопогружающихся вольфрамовых капсул, обогреваемых теплом распадающихся радионуклидов[4].

Примечания[править | править код]

↑ 1 2 Земная кора / Люстих Е. Н. // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
↑ Химия цемента и вяжущих веществ: Учеб. пособие / Н. А. Андреева; СПбГСУ. — СПб., 2011. — 67 с.
↑ Определитель минералов / Т. Б. Здорик; — М., 1978. — 325 с.
↑ M.I. Ozhovan, F.G.F. Gibb, P.P. Poluektov, E.P. Emets. Probing of the interior layers of the Earth with self-sinking capsules. Atomic Energy, 99, No. 2, 556—562. doi:10.1007/s10512-005-0246-y

Ссылки[править | править код]

Содержание химических элементов в земной коре

Источник