Литосфера и рельеф - ФИЗИЧЕСКАЯ ГЕОГРАФИЯ

Вначале, 4,5 млрд. лет назад, Земля представляла собой шар, состоящий из одних газов. Постепенно тяжелые металлы, такие как железо и никель, опускались к центру и уплотнялись. Легкие породы и минералы всплывали на поверхность, охлаждались и отвердевали.

Структурно земля состоит из трех слоев: ядра, мантия и земной коры.

Ядро — центр Земли, его диаметр 6964 км, масса 1,934 ∙ 10²⁴ кг, объем — 1,752 ∙ 10²⁰ м³ (16,2 % объема Земли). Ядро состоит из двух частей: субъядра (твердая часть) и внешнего ядра (жидкая часть). Для ядра характерны высокие (до 5000 °С) температуры. В его состав входят около 89 % железа и 6 % никеля. Перемещение вещества в ядре создает на Земле магнитное поле, защищающее планету от космического излучения.

Мантия (от греч. mantion — покрывало) — средний слой, связывающий ядро и земную кору. Мантия имеет толщину 2865 км, массу 4,013 ∙ 10²⁴ кг, ее объем составляет 8,966 ∙ 10²⁰ м³ (83 % объема Земли). Мантия состоит из трех слоев: слоя Голицына, слоя Гуттенберга и субстрата. Верхняя часть мантии, называемая магмой, содержит слой с пониженной вязкостью, плотностью и твердостью — астеносферу, на которой уравновешиваются участки земной поверхности. Граница между мантией и ядром называется слоем Гуттенберга.

Земная кора — наружный твердый слой планеты. Его масса — 2,85 ∙ 10²² кг, объем — 1,02 ∙ 10¹⁹ м³ (0,8 % объема Земли). Его средняя толщина 25—30 км, под океанами тоньше (3—10 км), в горных районах доходит до 70 км. Земная кора состоит из трех слоев: базальтового, гранитного и осадочного. Состав земной коры: кислород (49 %), кремний (26 %), алюминий (7 %), железо (5 %), кальций (4 %); самые распространенные минералы — полевой шпат и кварц. Граница между земной корой и мантией называется поверхностью Мохо (по имени югославского ученого А. Мохоровичича).

Горные породы, слагающие земную кору. По определению, горная порода — устойчивый состав совокупности минералов, находящийся в разных агрегатных состояниях. По происхождению выделяют магматические, осадочные, метаморфические, вулканические и метасоматические горные породы.

Магматические горные породы образуются при остывании и кристаллизации магмы, внедряющейся в земную кору по трещинам. Они составляют около 60 % земной коры. Если их образование происходило на большей глубине без выхода на поверхность, то такие породы называются интрузивными. Они медленно остывают, кристаллизация происходит долго, и получаются крупнокристаллические горные породы (гранит, диорит, габбро). Если магма излилась и застыла на поверхности земли, то образуются эффрузивные породы. За счет сравнительно быстрого остывания в породе образуются мелкие кристаллы, например: базальт, андезит, липарит. Магматические горные породы обычно сложены силикатами (SiO₂). Их подразделяют на ультраосновные (кремнезема менее 40 %), основные (кремнезема от 40 % до 50 %), средние (кремнезема от 50—65 %) и кислые (кремнезема более 65 %).

Осадочные горные породы возникли путем осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников. Они составляют 75 % толщи земной коры и 10 % ее массы, обычно залегают пластами. По условиям образования осадочные породы разделяются на следующие категории:

• Обломочные, возникли при разрушении другого типа пород — песок, песчаники, глина;

• Химические, возникли в результате химических реакций в водных растворах — соли, гипс, фосфориты;

• Органические, возникли в результате накопления известковых или растительных остатков — известняк, мел, торф, угли.

Метаморфические горные породы образуются в результате изменения осадочных или магматических горных пород с полным или частичным изменением их минерального состава и структуры. К ним относят гнейсы (преобразованный гранит), кварциты (преобразованный песчаник), мрамор (измененный известняк), различные руды.

Вулканические горные породы образуются в результате извержений вулканов. Различают излившиеся, или эффрузивные (базальт, андезит, трахит, липарит, диабаз) и вулкагенно-обломочные, или пирокластические (туфы, вулканические брекчии) вулканические горные породы.

Метасоматические горные породы образуются в результате метасоматизма. При этом происходят следующие стадии их образования: ранняя щелочная (магнезиальные и известковые скарны), кислотная (гейзеры и вторичные кварциты), поздняя щелочная (березит, лиственит).

Строение земной коры. В связи с неровностью земной поверхности в ее структуре выделяются суша и океан. В их пределах расположены грандиозные горные цепи и глубокие океанические впадины, обширные равнины и подводные плато, низменности, балки, котловины, барханы и т.д.

Земная кора имеет неодинаковую толщину, состав, строение на материках и под океанами. Различают кору материковую, океаническую и переходную.

Материковая кора трехслойная (слой осадочных пород, гранитный, базальтовый), ее толщина на равнинах 30—50 км, в горах — до 70—80 км. Океаническая кора тоньше (5—15 км) и состоит из двух слоев — верхнего осадочного и нижнего базальтового. На границе материков и океанов, в районах островов толщина земной коры составляет 15—30 км, гранитный слой выклинивается, земная кора носит переходный характер.

Переходная кора является промежуточной зоной между материковой и океанической корой, ее толщина колеблется в промежутке 30—50 км.

Земная кора находится в постоянном движении. Первым гипотезу о дрейфе материков (т.е. горизонтальном движении земной коры) выдвинул в начале ХХ века А. Вегенер. На ее основе создана теория литосферных плит. Согласно этой теории, литосфера не является монолитом, а состоит из семи крупных и нескольких более мелких плит, «плавающих» на астеносфере. Пограничные области между литосферными плитами называют сейсмическими поясами — это самые «беспокойные» области планеты.

Земная кора разделяется на устойчивые и подвижные участки.

Устойчивые участки земной коры — платформы — образуются на месте геосинклиналей, потерявших подвижность. Платформа состоит из кристаллического фундамента и осадочного чехла. В зависимости от возраста фундамента выделяют древние (докембрийские) и молодые (палеозойские, мезозойские) платформы. В основании всех материков лежат древние платформы.

Подвижные, сильно расчлененные участки земной поверхности называются геосинклиналями (складчатыми областями). В их развитии выделяют два этапа: на первом этапе земная кора испытывает опускания, происходит накопление осадочных горных пород и их метаморфизация. Затем начинается поднятие земной коры, горные породы сминаются в складки. На Земле было несколько эпох интенсивных горообразований: байкальская, каледонская, герцинская, мезозойская, кайнозойская. В соответствии с этим выделяют различные области складчатости.

Распространение и возраст платформ и геосинклиналей показывается на тектонической карте (карте строения земной коры).

Рельеф (от франц. relief, лат. relevo — поднимаю) — совокупность неровностей земной поверхности. Рельеф слагается из положительных (выпуклых) и отрицательных (вогнутых) форм. Крупнейшие отрицательные формы рельефа на Земле — впадины океанов, положительные — материки. Это формы рельефа первого порядка. Формы рельефа второго порядка — горы и равнины (как на суше, так и на дне океанов). Поверхность гор и равнин имеет сложный рельеф, состоящий из более мелких форм.

Морфоструктуры — крупные элементы рельефа суши, дна океанов и морей, ведущая роль в образовании которых принадлежит эндогенным процессам. Крупнейшие неровности поверхности Земли образуют выступы материков и впадины океанов. Наиболее крупные элементы рельефа суши — равнинно-платформенные и горные области.

Равнинно-платформенные области включают равнинные части древних и молодых платформ и занимают около 64 % площади суши. Среди равнинно-платформенных областей имеются низкие, с абсолютными высотами 100—300 м (Восточно-Европейская, Западно-Сибирская, Туранская, Северо-Американская равнины), и высокие, поднятые новейшими движениями коры на высоту 400—1000 м (Среднесибирское плоскогорье, Африкано-Аравийская, Индостанская, значительные части Австралийской и Южноамериканской равнинных областей).

Горные области занимают около 36 % площади суши.

Подводная окраина материка (около 14 % поверхности Земли) включает мелководную равнинную в целом полосу материковой отмели (шельф), материковый склон и расположенное на глубинах от 2500 до 6000 м материковое подножие. Материковый склон и материковое подножие отделяют выступы материков, образованные совокупностью суши и шельфа, от основной части океанического дна, называемой ложем океана.

Зона островных дуг — переходная зона ложа океана. Собственно, ложе океана (около 40 % поверхности Земли) большей частью занято глубоководными (средняя глубина 3—4 тыс. м) равнинами, которые соответствуют океаническим платформам.

Морфоскульптуры — элементы рельефа земной поверхности, в образовании которых ведущая роль принадлежит экзогенным процессам. Наибольшую роль в формировании морфоскульптур играет работа рек и временных потоков. Они создают широко распространенные флювиальные (эрозионные и аккумулятивные) формы (речные долины, балки, овраги и др.). Большое распространение имеют ледниковые формы, обусловленные деятельностью современных и древних ледников, особенно покровного типа (северная часть Евразии и Северной Америки). Они представлены долинами-трогами, «бараньими лбами» и «курчавыми» скалами, моренными грядами, озами и др. На огромных территориях Азии и Северной Америки, где распространены многолетнемерзлые толщи пород, развиты разнообразные формы мерзлотного (криогенного) рельефа.

Важнейшие формы рельефа. Наиболее крупные формы рельефа — выступы материков и впадины океанов. Их распространение зависит от наличия гранитного слоя в земной коре.

Главными формами рельефа суши являются горы и равнины. Примерно 60 % суши занимают равнины — обширные участки земной поверхности со сравнительно малыми (до 200 м) колебаниями высот. По абсолютной высоте равнины делят на низменности (высота 0—200 м), возвышенности (200—500 м) и плоскогорья (выше 500 м). По характеру поверхности — на плоские, холмистые, ступенчатые.

Горы — возвышения земной поверхности (более 200 м) с четко выраженными склонами, подошвой, вершиной. По внешнему виду горы подразделяются на горные хребты, цепи, кряжи и горные страны. Отдельно стоящие горы встречаются редко, представляя собой либо вулканы, либо остатки древних разрушенных гор. Морфологическими элементами гор являются: основание, или подошва; склоны; вершина или гребень (у хребтов).

Подошва горы — это граница между ее склонами и окружающей местностью, причем выражена она довольно отчетливо. При постепенном переходе от равнины к горам выделяется полоса, которая называется предгорье.

Склоны занимают большую часть поверхности гор и чрезвычайно разнообразны по внешнему виду и крутизне.

Вершина — высшая точка горы (горных хребтов), остроконечная вершина горы — пик.

Горные страны (горные системы) — крупные горные сооружения, которые состоят из горных хребтов — линейно вытянутых горных поднятий, пересекающихся склонами. Точки соединения и пересечения горных хребтов образуют горные узлы. Это обычно наиболее высокие части горных стран. Понижение между двумя горными хребтами называют горной долиной.

Нагорья — участки горных стран, состоящие из сильно разрушенных хребтов и высоких равнин, покрытых продуктами разрушения.

По высоте горы делят на низкие (до 1000 м), средневысокие (1000—2000 м), высокие (более 2000 м). По строению различают складчатые, складчато-глыбовые и глыбовые горы. По геоморфологическому возрасту различают молодые, омоложенные и возрожденные горы. На суше преобладают горы тектонического происхождения, в океанах — вулканического.

Вулкан (от лат. vulcanus — огонь, пламя) — геологическое образование, возникающее над каналами и трещинами в земной коре, по которым на земную поверхность извергаются лава, пепел, горючие газы, водные пары и обломки горных пород. Выделяют действующие, уснувшие и потухшие вулканы. Вулкан состоит из четырех основных частей: магматический очаг, жерло, конус и кратер. Во всем мире насчитывается около 600 вулканов. Большая часть из них находится вдоль границ плит, где раскаленная докрасна магма поднимается из недр Земли и вырывается на поверхность.

Типичный вулкан представляет собой холм с проходящей сквозь его толщу трубой, называемой жерлом вулкана с магматическим очагом (областью скопления магмы), из которого поднимается жерло. Кроме жерла, от магматического очага могут отходить также небольшие каналы с магмой, называемые силями и дайками. Когда в магматическом очаге создается высокое давление, вверх по жерлу поднимается и выбрасывается в воздух смесь магмы и твердых камней — лава. Это явление называется извержением вулкана. Если лава очень густая, она может застыть в жерле вулкана, образовав пробку. Однако огромное давление снизу взрывает пробку, извергая высоко в воздух большие глыбы пород, называемые вулканическими бомбами. После каждого извержения вулкана лава застывает в виде твердой корки. Вулканические холмы с крутыми склонами называют коническими, с пологими — щитовыми. Современные действующие вулканы: Ключевская Сопка, Авачинская Сопка (Камчатка, Россия), Исалько (Сальвадор), Мауна-Лоа (Гавайи) и др.

Геологическое летоисчисление — учение о хронологической последовательности формирования и возрасте горных пород, слагающих земную кору. Геологические процессы происходят на протяжении многих тысячелетий. Выделение различных этапов и периодов в жизни Земли основано на последовательности накопления осадочных горных пород. Время, в которое накапливалась каждая из пяти групп пород, названо эрой. Последние три эры разделены на периоды, т.к. в отложениях этих времен лучше сохранились останки животных и растений. В эрах были эпохи активизации горообразовательных процессов — складчатости.

Различают относительный и абсолютный возраст горных пород. Относительный возраст легко устанавливается в случае горизонтального залегания пластов горных пород в пределах одного вскрытия. Абсолютный возраст пород определить достаточно сложно. Для этого пользуются методом радиоактивного распада ряда элементов, принцип которого не меняется под действием внешних условий и идет с постоянной скоростью. Этот метод внедрили в науку в начале XX века Пьер Кюри и Эрнест Резерфорд. В зависимости от конечных продуктов распада выделяют свинцовый, гелиевый, аргоновый, кальциевый, стронциевый и радиоуглеродный методы.

Таблица 3.

Геохронологическая шкала

Эры	Периоды	Складчатости	События
Кайнозойская, 68 млн. лет	Четвертичный, 2 млн. лет	Альпийская складчатость	Формирование современного рельефа под влиянием массового поднятия суши. Оледенение, изменение уровня моря. Происхождение человека.
	Неогеновый, 25 млн. лет		Мощные вулканические извержения, поднятие гор Альпийской складчатости. Массовое распространение цветковых растений.
	Палеогеновый, 41 млн. лет		Разрушение гор, затопление молодых платформ морями. Развитие птиц и млекопитающих.
Мезозойская, 170 млн. лет	Меловой, 75 млн. лет	Мезозойская складчатость	Поднятие разрушенных гор, сформировавшихся в Байкальской складчатости. Исчезновение гигантских пресмыкающихся. Происхождение покрытосеменных растений.
	Юрский, 60 млн. лет		Возникновение разломов на материках, массовый ввод магматических пород. Начало обнажения ложа современных морей. Жаркий влажный климат.
	Триасовый, 35 млн. лет		Отступление морей и увеличение площади суши. Выветривание и понижение палеозойских гор. Формирование равнинного рельефа.
Палеозойская, 330 млн. лет	Пермский, 45 млн. лет	Герцинская складчатость	Окончание герцинского горообразования, интенсивное развитие жизни в горах. Появление на суше земноводных, простых пресмыкающихся и насекомых.
	Каменноугольный, 65 млн. лет		Опускание суши. Оледенение на материках Южного полушария. Расширение площадей болот. Появление тропического климата. Интенсивное развитие земноводных.
	Девонский, 55 млн. лет	Каледонская складчатость	Отступление морей. Накопление на суше мощных слоев красного цвета континентального отложения. Преобладание жаркого сухого климата. Интенсивное развитие рыб, выход жизни из моря на сушу. Появление земноводных, открытосеменных растений.
	Силурийский, 35 млн. лет	Начало каледонской складчатости	Поднятие уровня моря, появление рыб.
	Ордовикский, 60 млн. лет		Сильные извержения вулканов, уменьшение морских бассейнов. Увеличение численности беспозвоночных животных, появление первых беспозвоночных.
	Кембрийский, 70 млн. лет	Байкальская складчатость	Опускание суши и появление больших болотистых массивов. В морях интенсивно развиваются беспозвоночные.
Протерозойская, 2 млрд. лет		Начало байкальской складчатости	Мощные извержения вулканов. Формирование фундаментов древних платформ. Развитие бактерий и сине-зеленых водорослей.
Архейская, 1 млрд. лет			Начало формирования материковой земной коры и усиление магматических процессов. Мощные извержения вулканов. Первое появление жизни — период бактерий.