Земная кора и верхняя мантия

Земная кора – самая верхняя оболочка, в минералого-петрографическом отношении характеризуется наиболее сложным и разнообразным составом. Это и широкий спектр осадочных, вулканогенно-осадочных пород, и магматические образования кислого, среднего, основного и ультраосновного состава, представленные эффузивными, интрузивными, экструзивными породами. Мощность земной коры изменяется от 0 км на некоторых участках срединно-океанических хребтов и трансформных разломов до 70-75 км под высокими горными сооружениями Анд, Гималаев и Тибета. По латерали земная кора делится на два основных типа: кору океаническую и кору континентальную. Помимо этого выделяются переходные типы коры: субокеаническая и субконтинентальная кора.

Океаническая кора по площади занимает 56% земной поверхности. Ее мощность в среднем составляет 5-6 км, закономерно увеличиваясь к подножию континентов. В разрезе океанической коры выделяются три слоя.

Самый верхний – осадочный слой (1) мощностью не более 1 км - в центральных областях океанов, выклинивается в осевых частях срединно-океанических хребтов, а у подножий континентов увеличивается до10-15 км. Слой состоит из глинистых, кремнистых и карбонатных глубоководных пелагических осадков. Причем карбонаты распространяются лишь до некоторой глубины, вследствие растворения. Ближе к континентам появляется примесь терригенного материала (гемипелагические осадки). Возраст пород осадочного слоя увеличивается от осевых частей срединно-океанических хребтов, но не превышает 170 млн. лет. Скорость продольных сейсмических волн в осадочном слое изменяется от 2 до 5 км/с.

Второй слой – базальтовый (2) в верхней части (2А) представлен базальтами с подушечной отдельностью (пиллоу-лавы), в которых отмечаются редкие и тонкие прослои пелагических осадков. В его нижней части (2В) развиты параллельные дайки долеритов. Мощность второго слоя 1, 5-2 км, а скорость продольных сейсмических волн 4, 5–5, 5 км/с.

Третий слой – габбровый (3) состоит из полнокристаллических пород основного и в самых низах ультраосновного состава. В верхней части разреза третьего слоя залегают массивные габбро, а в нижней части разреза расслоенные при магматической дифференциации габбро («полосчатый комплекс»). Мощность третьего слоя около 5 км. Скорость продольных сейсмических волн в третьем слое достигает 6-7, 5 км/с.

Континентальная кора занимает 41% площади земной поверхности. Ее средняя мощность 35-40 км. Мощность коры уменьшается к окраинам континентов и возрастает под горными сооружениями до 70-75 км. В разрезе континентальной коры выделяются осадочный слой и консолидированная кора.

Осадочный слой (осадочный чехол) характеризуется весьма изменчивой мощностью: от 0 км (на щитах платформ, в осевых частях складчатых сооружений)) до 20 км (во впадинах платформ, в передовых и межгорных прогибах складчатых поясов). Вещественный состав осадочного слоя образован континентальными и относительно мелководными морскими образованиями: известняками, доломитами, мергелями, глинами, песками и песчаниками, алевритами и алевролитами, галечниками и конгломератами, гипсами, ангидритами и др. породами. Помимо осадочных пород в разрезе осадочного чехла могут участвовать магматические трапповые образования основного состава. Скорость продольных сейсмических волн в осадочном слое 2-5 км/с, возраст пород достигает 1, 7 млрд. лет.

Консолидированная кора в верхней части разреза представлена гранитогнейсовым (гранитно-метаморфическим) слоем, мощность которого составляет 15-20 км на платформах и 25-30 км в горных сооружениях. Скорость продольных волн в пределах верхнекорового слоя колеблется от 5, 5 до 6, 5 км/с. Нижняя часть разреза консолидированной коры (гранулит-базитовый слой) представлена кислыми гранулитами с пластовыми внедрениями основных пород, выраженными многочисленными отражающими площадками (рефлекторами). Скорость продольных волн в нижней части коры 6, 4 -7, 7 км/с.

Субокеаническая кора распространена вдоль континентальных склонов и подножий континентов. Она представляет собой утоненную до 15 км, пронизанную дайками магматических пород континентальную кору.

Субконтинентальная кора – это кора энсиматических островных дуг. Ее мощность менее 25 км, а степень консолидации более низкая, чем у континентальной коры, что отражается в скоростях продольных волн – не более 5-5, 5 км/с.

Поверхность Мохоровичича (Мохо, М) представляет подошву земной коры и выражена скачком скорости продольных сейсмических волн от 7, 5 -7, 7 км/с до 7, 9-8, 2 км/с. В океанах она в некоторых местах доступна непосредственному наблюдению и представлена переходом «полосчатого комплекса» третьего слоя к сплошным серпентинизированным перидотитам. Вдоль поверхности Мохо в океанах отмечены значительные смещения по горизонтальным срывам и сильная тектонизация пород. На континентах поверхность Мохоровичича недоступна непосредственному наблюдению. Здесь переход от коры к мантии носит более сложный характер. В некоторых районах выделяются несколько границ Мохо.

Верхняя мантия по сравнению с земной корой обладает менее разнообразным составом. Верхняя часть разреза океанической мантии образована перидотитами, в основном гарцбургитами (разновидность перидотита, состоящая из оливина и ромбического пироксена – энстатита). По результатам изучения включений в лавах и кимберлитах из трубок взрыва на континентах верхи мантии также образованы в основном перидотитами, причем как здесь, так и под океанами в верхней части это шпинелевые, а ниже – гранатовые перидотиты. Но в континентальной мантии, кроме перидотитов, в подчиненном количестве присутствуют эклогиты (глубоко метаморфизованные основные породы – реликты океанской коры, затащенные в процессе субдукции). Верхняя часть мантии вторично обеднена кремнеземом, щелочами, ураном, торием, редкими землями и другими, так называемыми некогерентными элементами благодаря выплавлению из нее базальтов земной коры. Эта «истощенная» («деплетированная») мантия под континентами уходит на большую глубину, чем под океанами и сменяется «неистощенной» мантией. Средний первичный состав мантии должен быть близок к шпинелевому лерцолиту или гипотетической смеси перидотита и базальта в пропорции 3: 1, названной австралийцем А. Е. Рингвудом пиролитом. Верхняя мантия охватывает объем планеты до глубин около 410 км. Сейсмическая граница на этой глубине объясняется фазовым переходом оливина в более плотную модификацию с выделением тепла.