Континентальна кора товща за океанічну. Океанічна та континентальна кора: антиподи чи різні стадії розвитку літосфери? Поняття про земну кору

Земна кора - багатошарова освіта. Верхню її частину - осадовий чохол, або перший шар, - утворюють осадові породи та не ущільнені до стану порід опади. Нижче як на континентах, і в океанах залягає кристалічний фундамент. У його будові та криються основні відмінності між континентальним та океанічним типами земної кори. На континентах у складі фундаменту виділяються два потужні шари — «гранітний» та базальтовий. Під абісальним ложем океанів "гранітний" шар відсутній. Однак базальтовий фундамент океану аж ніяк не однорідний у розрізі, він поділяється на другий та третій шари.

До надглибокого та глибоководного буріння про структуру земної кори судили головним чином за геофізичними даними, а саме за швидкостями поздовжніх та поперечних сейсмічних хвиль. Залежно від складу та щільності порід, що складають ті чи інші шари земної кори, швидкість проходження сейсмічних хвиль значно змінюється. У верхніх горизонтах, де переважають слабо ущільнені осадові утворення, вони відносно невеликі, в кристалічних породах різко зростають у міру збільшення їх щільності.

Після того як у 1949 р. вперше було виміряно швидкості поширення сейсмічних хвиль у породах ложа океану, стало ясно, що швидкісні розрізи кори континентів та океанів дуже різні. На невеликій глибині від дна, в фундаменті під абісальною улоговиною, ці швидкості досягали величин, які на материках фіксувалися в найглибших шарах земної кори. Невдовзі з'ясувалась причина такої невідповідності. Справа в тому, що кора океанів виявилася напрочуд тонкою. Якщо континентах товщина земної кори становить середньому 35 км, а під гірничо-складчастими системами навіть 60 і 70 км, то океані вона перевищує 5—10, рідко 15 км, а окремих районах мантія перебуває майже біля самого дна.

Стандартний швидкісний розріз континентальної кори включає верхній, осадовий шар зі швидкістю поздовжніх хвиль 1—4 км/сек, проміжний, «гранітний» — 5,5—6,2 км/сек і нижній, базальтовий — 6,1—7,4 км. /с. Нижче, як вважають, залягає так званий перидотитовий шар, що вже входить до складу астеносфери, зі швидкостями 7,8-8,2 км/с. Назви шарів мають умовний характер, оскільки реальні суцільні розрізи континентальної кори ніхто досі не бачив, хоча Кольська надглибока свердловина проникла в глиб Балтійського щита вже на 12 км.

В абісальних улоговинах океану під тонким осадовим плащем (0,5-1,5 км), де швидкості сейсмічних хвиль не перевищують 2,5 км/с, знаходиться другий шар океанічної кори. За даними американського геофізика Дж. Уорзела та інших вчених, він відрізняється напрочуд близькими значеннями швидкості — 4,93—5,23 км/с,

в середньому 5,12 км/с, а середня потужність під ложем океанів дорівнює 1,68 км (в Атлантичному - 2,28, в Тихому - 1,26 км). Втім, у периферійних частинах абісалі, ближче до околиць континентів, потужності другого шару досить різко збільшуються. Під цим шаром виділяється третій шар кори з менш однорідними швидкостями поширення поздовжніх сейсмічних хвиль, рівними 6,7 км/с. Його товщина коливається від 45 до 55 км.

Останніми роками з'ясувалося, що з швидкісних розрізів океанічної кори характерний більший розкид значень, ніж передбачалося раніше, що, очевидно, пов'язані з глибинними неоднорідностями, що у ній.

Як бачимо, швидкості проходження поздовжніх сейсмічних хвиль у верхніх (першому та другому) шарах континентальної та океанічної кори істотно різні.

Що стосується осадового чохла, то це обумовлено переважанням у його складі на континентах древніх утворень мезозойського, палеозойського та докембрійського віку, які зазнали досить складних перетворень у надрах. Дно океану, як говорилося вище, відносно молоде, і опади, що лежать над базальтами фундаменту, слабо ущільнені. Це з дією цілого ряду чинників, визначальних ефект недоущільнення, який відомий як парадокс глибоководного діагенезу.

Складніше пояснити різницю у швидкостях сейсмічних хвиль за її поширення через другий («гранітний») шар континентальної і другий (базальтовий) шар океанічної кори. Як не дивно, у базальтовому шарі океану ці швидкості виявилися нижчими (4,82—5,23 км/сек), ніж у «гранітному» (5,5—6,2 км/сек). Справа в тому, що швидкості поздовжніх сейсмічних хвиль у кристалічних породах із щільністю 2,9 г/см3 наближаються до 5,5 км/с. Звідси випливає, що якщо «гранітний» шар на континентах дійсно складний кристалічними породами, серед яких переважають метаморфічні утворення нижніх ступенів трансформації (за даними надглибокого буріння на Кольському півострові), то у складі другого шару океанічної кори, крім базальтів, повинні брати участь із щільністю меншою, ніж у кристалічних порід (2-2,55 г/см3).

Справді, у 37-му рейсі бурового судна «Гломар Челленджер» було розкрито породи океанічного фундаменту. Бур проник крізь кілька базальтових покривів, між якими були горизонти карбонатних пелагічних опадів. В одній із свердловин було пройдено 80-метрову товщу базальтів із прошарками вапняків, в іншій — 300-метрову серію порід вулкано-генно-осадового походження. Буріння першої з перерахованих свердловин було зупинено в ультраосновних породах — габро та гіпербазитах, які, ймовірно, вже належать до третього шару океанічної кори.

Глибоководне буріння та дослідження рифтових зон з підводних населених апаратів (ПОА) дозволили з'ясувати загалом структуру океанічної кори. Правда, не можна з упевненістю стверджувати, що нам відомий повний і безперервний її розріз, не спотворений наступними процесами, що накладаються. Найбільш детально вивчений нині верхній, осадовий шар, розкритий частково чи повністю майже 1000 точках дна буром «Гломара Челленджера» і «Джойдес Резо-люшн». Набагато менш досліджено другий шар океанічної кори, який розкритий на ту чи іншу глибину набагато меншим числом свердловин (декількома десятками). Однак зараз очевидно, що цей шар сформований, в основному, лавовими покривами базальтів, між якими укладені різноманітні осадові утворення невеликої потужності. Базальти відносяться до толеїтових різниць, що виникли в підводних умовах. Це подушечні лави, складені найчастіше порожнистими лавовими трубами та подушками. Опади, що знаходяться між базальтами, в центральних частинах океану складаються з залишків дрібних планктонних організмів з карбонатною або кремнистою функцією.

Нарешті, третій шар океанічної кори ототожнюють із так званим дайковим поясом - серіями невеликих магматичних тіл (інтрузій), тісно пригнаних одне до одного. Склад цих інтрузій основний в ультраосновний. Це габро та гіпербазити, що формувалися не при виливі магм на поверхні дна, як базальти другого шару, а в надрах самої кори. Інакше кажучи, йдеться про магматичні розплави, які застигли поблизу магматичного вогнища, так і не досягнувши поверхні дна. Їх «важчий» ультраосновний склад свідчить про залишковий характер цих магматичних розплавів. Якщо ж згадати, що товщина третього шару зазвичай у 3 рази перевищує потужність другого шару океанічної кори, то визначення її як базальтової може здатися більшим перебільшенням.

Подібно до цього і «гранітний» шар континентальної кори, як з'ясувалося в процесі буріння Кольської надглибокої свердловини, виявився зовсім не гранітним, принаймні у його верхній половині. Як мовилося раніше вище, в пройденому тут розрізі переважали метаморфічні породи нижчих і середніх щаблів перетворення. Здебільшого вони є зміненими при високих температурах і тиску, що у надрах Землі, древніми осадовими породами. У зв'язку з цим склалася парадоксальна ситуація, яка полягає в тому, що ми тепер більше знаємо про океанську кору, ніж про континентальну. І це при тому, що перша вивчається інтенсивно від сили два десятиліття, тоді як друга — об'єкт досліджень принаймні півтора сторіччя.

Обидва різновиди земної кори є антагоністами. У крайових частинах молодих океанів, Атлантичного та Індійського, межа між континентальною та океанічною корою дещо «розмита» за рахунок поступового утонення першої з них в області переходу від континенту до океану. Ця межа в цілому тектонічно спокійна, тобто не виявляє себе ні потужними сейсмічними поштовхами, які трапляються тут дуже рідко, ні вулканічними виверженнями.

Однак таке становище зберігається не скрізь. У Тихому океані кордон між континентальною і океанічною корою відноситься, мабуть, до найдраматичніших рубежів поділу на нашій планеті. Так що ж, ці два різновиди земної кори — антиподи чи ні? Здається, що ми можемо з повною підставою вважати їх такими. Адже незважаючи на існування цілої низки гіпотез, що передбачають океанізацію континентальної кори або, навпаки, перетворення океанічного субстрату на континентальний за рахунок цілого ряду мінеральних трансформацій базальтів, насправді доказів безпосереднього переходу одного типу кори в інший немає. Як буде показано нижче, континентальна кора формується в специфічних тектонічних обстановках в активних зонах переходу між материком і океаном і в основному в результаті перетворення іншого різновиду земної кори, що називається субокеанічної. Океанічний субстрат зникає в зонах Беньофу, або видавлюється як ласта з тюбика, на край континенту, або перетворюється на тектонічний меланж (крошево з перетертих порід) в областях «захлопування» океанів.

Континентальна кора як за складом, так і за будовою різко відрізняється від океанічної. Її потужність змінюється від 20-25 км під острівними дугами та ділянками з перехідним типом кори до 80 км під молодими складчастими поясами Землі, наприклад, під Андами або Альпійсько-Гімалайським поясом. У середньому потужність континентальної кори під стародавніми платформами приблизно дорівнює 40 км, та її маса, включаючи субконтинентальну кору, сягає 2,2510× 25 р. Рельєф континентальної кори дуже складний. Однак у ньому виділяються великі заповнені опадами рівнини, зазвичай розташовані над протерозойськими платформами, виступи найдавніших (архейських) щитів і гірські системи молодшого віку. Рельєфу континентальної кори притаманні і максимальні перепади висот, що досягають 16-17 км від підніжжя континентальних схилів у глибоководних жолобах до найвищих гірських вершин.

Будова континентальної кори дуже неоднорідна, проте, як і в океанічній корі, в її товщі, особливо в стародавніх платформах, іноді виділяються три шари: верхній осадовий і два нижні, складені кристалічними породами. Під молодими рухливими поясами будова кори виявляється складнішим, хоча її загальне розчленування наближається до двошаровому.

Осадовий шар на континентах вивчений досить повно як з допомогою геофізичних методів розвідки, і прямим бурінням. Будова поверхні консолідованої кори у місцях її оголення на древніх щитах вивчалося як прямими геологічними, і геофізичними методами, але в континентальних платформах, перекритих опадами, - переважно геофізичними методами дослідження. Так було встановлено, що швидкості сейсмічних хвиль у шарах земної кори наростають зверху вниз від 2-3 до 4,5-5,5 км/с в низах осадової товщі; до 6-6,5 км/с у верхньому шарі кристалічних порід та до 6,6-7,0 км/с у нижньому шарі кори. Майже повсюдно континентальна кора, як і океанічна, підстилається високошвидкісними породами кордону Мохоровичича зі швидкостями сейсмічних хвиль від 8,0 до 8,2 км/с, але це властивості підкорової літосфери, складеної породами мантії.

Потужність верхнього осадового шару континентальної кори змінюється у межах - від нуля на древніх щитах до 10-12 і навіть 15 км на пасивних околицях континентів й у крайових прогинах платформ. Середня потужність опадів на стабільних протерозойських платформах зазвичай близька до 2-3 км. Серед опадів на таких платформах переважають глинисті відкладення та карбонати мілководних морських басейнів. У крайових прогинах і пасивних околицях континентів атлантичного типу осадові розрізи зазвичай починаються з грубоуламкових фацій, змінюваних вище розрізу піщано-глинистими відкладеннями і карбонатами прибережних фаций. Як у підставі, і у верхніх частинах розрізів осадових товщ крайових прогинів іноді зустрічаються хемогенні опади - евапорити, що відзначають собою умови осадонакопичення у вузьких напівзамкнених морських басейнах з аридним кліматом. Зазвичай такі басейни виникають тільки на початковій або кінцевій стадії розвитку морських басейнів та океанів, якщо, звичайно, ці океани та басейни в моменти свого утворення або закриття розташовувалися у поясах аридного клімату. Прикладами відкладення таких формацій на ранніх стадіях формування океанічних басейнів можуть служити евапорити на підставі розрізів осадових шельфових зон Африки в Атлантичному океані і солоносні відкладення Червоного моря. Прикладами відкладення соленосних формацій, приурочених до басейнів, що закриваються, служать евапорити реногерцинської зони в Німеччині і пермські соленосно-гіпсоносні товщі в Предуральському крайовому прогину на сході Російської платформи.

Верхня частина розрізу консолідованої континентальної кори зазвичай представлена ​​стародавніми, переважно докембрійськими породами гранітогнейсового складу або чергуванням гранітоїдів з поясами зеленокам'яних порід основного складу. Іноді цю частину розрізу жорсткої кори називають «гранітним» шаром, підкреслюючи цим переважання в ньому порід гранітоїдного ряду та підпорядкованість базальтоїдів. Породи «гранітного» шару зазвичай перетворюються процесами регіонального метаморфізму до амфіболітової фації включно. Верхня частина цього шару завжди є денудаційною поверхнею, по якій колись відбувався розмив тектонічних структур і магматичних утворень древніх складчастих (гірських) поясів Землі. Тому лежачі опади на корінних породах континентальної кори завжди залягають зі структурною незгодою і зазвичай з великим тимчасовим зрушенням за віком.

У більш глибоких частинах кори (приблизно на глибинах близько 15-20 км) часто простежується розсіяна та непостійна межа, вздовж якої швидкість поширення поздовжніх хвиль зростає приблизно на 0,5 км/с. Це так звана межа Конрада, що оконтурює зверху нижній шар континентальної кори, що іноді умовно називається «базальтовим», хоча певних даних про його склад у нас ще дуже мало. Швидше за все, нижні частини континентальної кори складені породами середнього та основного складу, метаморфізованими до амфіболітової або навіть до гранулітової фації (при температурах понад 600 °С та тиску вище 3-4 кбар). Не виключено, що в основі тих блоків континентальної кори, які формувалися свого часу за рахунок зіткнень острівних дуг, можуть залягати фрагменти древньої океанічної кори, що включають не тільки основні, а й серпентинізовані ультраосновні породи.

Гетерогенність континентальної кори особливо яскраво видно навіть за простого погляду геологічну карту материків. Зазвичай окремі і тісно переплетені неоднорідні за складом і будовою блоки кори є різновіковими геологічними структурами - залишками древніх складчастих поясів Землі, що послідовно примикали один до одного в процесі зростання континентальних масивів. Іноді такі структури, навпаки, є слідами колишніх розколів древніх континентів (наприклад, авлакогени). Контактують між собою такі блоки зазвичай за шовними зонами, які часто називають не дуже вдало глибинними розломами.

Проведені в останнє десятиліття дослідження глибинної будови континентальної кори сейсмічним методом відбитих хвиль з накопиченням сигналів (проект COCORT) показали, що шовні зони, що розділяють різновікові складчасті пояси, являють собою, як правило, гігантські накиди-викиди. Круті у верхніх частинах кори надвигові поверхні з глибиною швидко викладаються. По горизонталі такі насувні структури часто простежуються на багато десятків і до сотні кілометрів, тоді як по глибині вони іноді підходять до самої основи континентальної кори, маркуючи собою древні і вже відмерлі зони підсуву літосферних плит або сполучені з ними вторинні надвиги.

Континентальна кора має тришарову будову. Верхній шар представлений уривчастим покривом осадових порід, який розвинений широко, але рідко має велику потужність. Більшість кори складена верхньої корою (гранітно-метаморфічний шар) - шаром, що складається головним чином з гранітів і гнейсів, що володіє низькою щільністю і давньою історією. Дослідження показують, що більшість цих порід утворилися дуже давно, близько 3 мільярдів років тому. Найглибше знаходиться нижня кора (гранулито-базитовий шар), що складається з мафічних порід - гранулитів та подібних до них.

Склад верхньої континентальної кори

Визначення складу верхньої континентальної користало одним із перших завдань, яке взялася вирішувати молода наука геохімія. Власне із спроб розв'язання цього завдання і виникла геохімія. Це завдання дуже складне, оскільки земна кора складається з безлічі порід різноманітного складу. Навіть у межах одного геологічного тіла склад порід може сильно варіювати. У різних районах можуть бути поширені різні типи порід. У світлі цього і виникла завдання визначення загального, середнього складу тієї частини земної кори, що виходить поверхню на континентах. З іншого боку, відразу виникло питання змістовності цього терміна.

Перша оцінка складу верхньої земної кори була зроблена Кларком. Кларк був співробітником геологічної служби США та займався хімічним аналізом гірських порід. Поле багатьох років аналітичних робіт він узагальнив результати аналізів і розрахував середній склад порід. Він припустив, що багато тисяч зразків, по суті, випадково відібраних, відображають середній склад земної кори (див. Кларки елементів). Ця робота Кларка викликала фурор у науковій спільноті. Вона зазнала жорсткої критики, оскільки багато дослідників порівнювали такий спосіб з отриманням «середньої температури по лікарні, включаючи морг». Інші дослідники вважали, що цей метод підходить для такого різнорідного об'єкта, яким є земна кора. Отриманий Кларком склад земної кори був близьким до граніту.

Наступну спробу визначити середній склад земної кори зробив Віктор Гольдшмідт. Він припустив, що льодовик, що рухається по континентальній корі, зіскребає всі породи, що виходять на поверхню, змішує їх. У результаті породи, що відкладаються внаслідок льодовикової ерозії, відбивають склад середньої континентальної кори. Гольдшміт проаналізував склад стрічкових глин, що відкладалися в Балтійському морі під час останнього заледеніння. Їх склад виявився напрочуд близьким до середнього складу, отриманого Кларком. Збіг оцінок, отриманих настільки різними методами, стало сильним підтвердженням геохімічних методів.

Згодом визначенням складу континентальної кори займалося багато дослідників. Широке наукове визнання здобули оцінки Виноградова, Ведеполя, Ронова та Ярошевського.

Деякі нові спроби визначення складу континентальної кори будуються на поділі її частини, сформовані різних геодинамічних обстановках.

Кордон між верхньою та нижньою корою

Для вивчення будови земної кори застосовують непрямі геохімічні та геофізичні методи, але безпосередні дані можна отримати в результаті глибинного буріння. При проведенні наукового глибинного буріння часто порушується питання про природу кордону між верхньою (гранітною) і нижньою (базальтовою) континентальною корою. Для вивчення цього питання в СРСР було пробурено Саатлінську свердловину. У районі буріння спостерігалася гравітаційна аномалія, яку пов'язували із виступом фундаменту. Але буріння показало, що під свердловиною є інтрузивний масив. При бурінні Кольської надглибокої свердловини кордону Конрада також не було досягнуто.

Література

• Wedepohl KH, Політика континентальної-скрусів Geochimica et cosmochimica acta 59 (7): 1217-1232 apr 1995

У структурі Землі дослідники виділяють 2 типи земної кори - материкову та океанічну.

Що таке материкова земна кора?

Материкова земна кора, що називається також континентальною, характеризується наявністю в її структурі 3 різних шарів. Верхній представлений осадовими породами, другий – гранітом чи гнейсами, третій складається з базальту, гранулитів та інших метаморфічних порід.

Материкова земна кора

Товщина материкової земної кори - близько 35-45 км, іноді сягає 75 км (як правило, в областях гірських масивів). Цей тип земної кори покриває приблизно 40 % поверхні Землі. З погляду обсягу він відповідає приблизно 70% від земної кори.

Вік материкової земної кори сягає 4,4 млрд. років.

Що таке океанічна земна кора?

Основний мінерал, що формує океанічну земну кору, - Базальт. Але крім нього до її структури входять:

1. осадові породи;
2. розшаровані інтрузії.

Відповідно до поширеної наукової концепції, океанічна кора формується постійно з допомогою тектонічних процесів. Вона значно молодша за материкову, вік її найдавніших ділянок - близько 200 млн років.

Товщина океанічної кори становить близько 5-10 км. залежно від конкретної ділянки вимірювань. Можна відзначити, що з часом вона майже не змінюється. У середовищі вчених поширений підхід, яким океанічна кора має розглядатися як що належить до океанічної літосфері. У свою чергу її товщина багато в чому залежить від віку.

Порівняння

Головна відмінність материкової земної кори від океанічної полягає, очевидно, у їхньому розташуванні. Перша розміщує у собі континенти, сушу, друга - океани і моря.

Материкова кора представлена ​​в основному осадовими породами, гранітами та гранулітами. Океанічна – переважно базальтом.

Материкова земна кора значно товща та віковіша. Вона поступається океанічною з погляду площі покриття поверхні землі, але перевершує з погляду займаного обсягу у всій земної корі.

Можна відзначити, що в деяких випадках океанічна земна кора здатна нашарувати поверх материкової в процесі обдукції.

Визначивши, у чому різниця між материковою та океанічною земною корою, зафіксуємо висновки у невеликій таблиці.

Таблиця