Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Состав и строение литосферы
|
|
Литосферой называют верхнюю твердую оболочку Земли, состоящую из земной коры и слоя верхней мантии, подстилающего земную кору. Нижняя граница литосферы проводится на глубинах около 100 км под континентами и около 50 км под дном океана. Верхняя часть литосферы (та, где существует жизнь) - составная часть биосферы.
Земная кора сложена магматическими и осадочными породами, а также метаморфическими породами, образовавшимися за счет тех и других.
Горные породы — это естественные минеральные агрегаты определенного состава и строения, сформировавшиеся в результате геологических процессов и залегающие в земной коре в виде самостоятельных тел. Состав, строение и условия залегания горных пород обусловлены особенностями формирующих их геологических процессов, которые происходят в определенной обстановке внутри земной коры или на земной поверхности. В зависимости от характера главных геологических процессов различают три генетических класса горных пород: осадочные, магматические и метаморфические.
Магматические горные породы - это естественные минеральные агрегаты, возникающие при кристаллизации магм (силикатных, а иногда и несиликатных расплавов) в недрах Земли илина ее поверхности. По содержанию кремнезема магматические породы делятся на кислые (SiO2 - 70-90%), средние (SiO2 > около 60%), основные ( SiO2 около 50%) и ультраосновные (SiO2 менее 40%). Примером магматических пород служат вулканическая основная порода и гранит.
Осадочные горные породы - это те породы, которые существуют в термодинамических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образуются в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно. Многие осадочные породы являются важнейшими полезными ископаемыми. Примерами осадочных пород служат песчаники, которые можно рассматривать как скопления кварца и, следовательно, концентраторы кремнезема (SiO2), и известняки - концентраторы СаО. К минералам, наиболее распространенных осадочных пород относятся кварц (SiO2), ортоклаз (КalSi3O8) каолинит (А14Si4O10(ОН)8), кальцит (СаСО3), доломит СаМg(СО3)2 и др.
Метаморфическими называют породы, основные особенности которых (минеральный состав, структура, текстура) обусловлены процессами метаморфизма, тогда как признаки первичного магматического происхождения частично или полностью утрачены. Метаморфические породы - сланцы, гранулиты, эклогиты и др. Типичные для них минералы - слюда, полевой шпат и гранат соответственно.
Вещество земной коры сложено в основном легкими элементами (по Fе включительно), а элементы, следующие в Периодической системе за железом, в сумме составляют лишь доли процента. Отмечается также, что элементы, имеющие четное значение атомной массы, значительно преобладают: они образуют 86% общей массы земной коры. Следует отметить, что в метеоритах это отклонение еще выше и составляет в металлических метеоритах 92%, в каменных -98%.
Средний химический состав земной коры, по данным разных авторов, приведен в табл. 25:
Таблица 25
Химический состав земной коры, маc. % (Гусакова, 2004)
| Элементы и окислы | Кларк, 1924 | Фугт, 1931 | Гольдшмидт, 1954 | Полдерваатр, 1955 | Ярошевский, 1971 |
| SiO2 | 59, 12 | 64, 88 | 59, 19 | 55, 20 | 57, 60 |
| TiO2 | 1, 05 | 0, 57 | 0, 79 | 1, 6 | 0, 84 |
| Al2O3 | 15, 34 | 15, 56 | 15, 82 | 15, 30 | 15, 30 |
| Fe2O3 | 3, 08 | 2, 15 | 6, 99 | 2, 80 | 2, 53 |
| FeO | 3, 80 | 2, 48 | 6, 99 | 5, 80 | 4, 27 |
| MnO | 0, 12 | - | - | 0, 20 | 0, 16 |
| MgO | 3, 49 | 2, 45 | 3, 30 | 5, 20 | 3, 88 |
| CaO | 5, 08 | 4, 31 | 3, 07 | 8, 80 | 6, 99 |
| Na2O | 3, 84 | 3, 47 | 2, 05 | 2, 90 | 2, 88 |
| K2O | 3, 13 | 3, 65 | 3, 93 | 1, 90 | 2, 34 |
| P2O5 | 0, 30 | 0, 17 | 0, 22 | 0, 30 | 0, 22 |
| H2O | 1, 15 | - | 3, 02 | - | 1, 37 |
| CO2 | 0, 10 | - | - | - | 1, 40 |
| S | 0, 05 | - | - | - | 0, 04 |
| Cl | - | - | - | - | 0, 05 |
| C | - | - | - | - | 0, 14 |
Ее анализ позволяет сделать следующие важные выводы:
1) земная кора сложена в основном из восьми элементов: О, Si, А1, Fе, Са, Мg, Nа, К; 2) на долю остальных 84 элементов приходится менее одного процента массы коры; 3) среди главнейших по распространенности элементов особая роль в земной коре принадлежит кислороду.
Особая роль кислорода состоит в том, что его атомы составляют 47% массы коры и почта 90% объема важнейших породообразующих минералов.
Имеется ряд геохимических классификаций элементов. В настоящее время получает распространение геохимическая классификация, согласно которой все элементы земной коры делятся на пять групп (табл. 26).
Таблица 26
Вариант геохимической классификации элементов (Гусакова, 2004)
| Литофильные | Халькофильные | Сидерофильные | Атмофильные | Биофильные |
| Li, Be, B, O, F, Na, Mg, Al, Si, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, I, Cs, Ba, La, Hf, Ta, W, Th, U | S, Fe, Co, Ni, Se Cu, Zn, Ga, As, Mo, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sb, Te, Hg, Tl, Pb, Bi | C, P, Fe, Co, Ni, Ge, Mo, Ru, Rh, Pb, Sn, Ta, Re, Os, Ir, Pt, Au | H, C, N, O, Cl, Br, He, Ne, Ar, Cr, Xe, Rn | O, C, H, P, N, S, Fe, Ca |
Литофильные - это элементы горных пород. На внешней оболочке их ионов находится 2 или 8 электронов. Литофильные элементы трудно восстанавливаются до элементарного состояния. Обычно они связаны с кислородом и составляют основную массу силикатов и алюмосиликатов. Встречаются также в виде сульфатов, фосфатов, боратов, карбонатов и гадогенидов.
Халькофильные элементы - это элементы сульфидных руд. На внешней оболочкеих ионов располагается 8 (S, Sе, Те) иди 18 (у остальных) электронов. В природе встречаются в виде сульфидов, селенидов, теллуридов, а также в самородном состоянии (Сu, Нg, Аg, Рb, Zn, As, Sb, Вi, S, Sе, Те, Sn).
Сидерофильные элементы - это элементы с достраивающимися электронными d- и f-оболочками. Они обнаруживают специфическое сродство к мышьяку и сере (PtAs2, FеАs2, NiAs2, FeS, NiS, МоS2 и др.), а также к фосфору, углероду, азоту. Почти все сидерофильные элементы встречаются также и в самородном состоянии.
Атмофильные элементы - это элементы атмосферы. Большинство изних имеет атомы с заполненными электронными оболочками (инертные газы). К атмофильным относят также азот и водород. Вследствие высоких потенциалов ионизации атмофильные элементы с трудом вступают в соединения с другими элементами и потому в природе находятся (кроме Н) главным образом в элементарном (самородном) состоянии.
Биофильные элементы - это элементы, входящие в состав органических компонентов биосферы (С, Н, N, О, Р, S). Из этих (в основном) и других элементов образуются сложные молекулы углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот. Средний химический состав белков, жиров и углеводов приведен в табл. 27.
Таблица 27
Средний химический состав белков, жиров и углеводов, мас. % (Гусакова, 2004)
| Элемент | Белки | Жиры | Углеводы |
| O | 22, 40 | 17, 90 | 49, 38 |
| C | 51, 30 | 69, 05 | 44, 44 |
| H | 4, 9 | 10, 00 | 6, 18 |
| P | 0, 7 | 2, 13 | |
| N | 17, 8 | 0, 61 | |
| S | 0, 8 | 0, 31 | |
| Fe | 0, 1 |
В настоящее время в различных организмах установлено более 60 элементов. Элементы и их соединения, требующиеся организмам в сравнительно больших количествах, часто называют макробиогенными элементами. Элементы же и их соединения, которые хотя и необходимы для жизнедеятельности биосистем, но требуются в крайне малых количествах, называют микробиогенными элементами. Для растений, например, важны 10 микроэлементов: Fе, Мn, Сu, Zn, В, Si, Мо, С1, W, Со.
Все эти элементы, кроме бора, требуются и животным. Кроме того, животным могут требоваться селен, хром, никель, фтор, йод, олово. Между макро- и микроэлементами нельзя провести четкую и одинаковую для всех групп организмов границу.