Существует два типа земной коры океаническая и континентальная. Континентальная кора состоит из трех геологических слоев: осадочного чехла, «гранитного» слоя (породы гранитного состава) и базальтового (породы основного состава), мощность ее колеблется от 20 км (островные дуги) до 70 км (складчатые пояса). Океаническая кора имеет два слоя: осадочный чехол и базальтовый слой, мощность 5–6 км.

Земная кора имеет алюмо-силикатный состав, представленный в основном легкоплавкими соединениями. Химический состав Земной коры, %: О – 46,6; Si – 27; Al – 8,7; Fe – 5,1; Ca – 3,6; Na – 2,6; K – 2,6; Mg – 2,1; другие – 1,2.

Литосфера – жесткая внешняя оболочка земли, которая включает в себя земную кору и литосферную часть мантии (обладают одинаковыми физическими свойствами), подстилается астеносферой.

Астеносфера – пластичная оболочка мантии, где преобладают высокие температуры и появляются первые проценты расплава; в геологическом времени обладает свойствами очень вязкой жидкости.

Литосфера состоит из нескольких литосферных плит, которые движутся друг относительно друга по астеносфере за счет конвективных течений в мантии. Это перемещение называется тектоникой плит, в результате которой происходит непрерывное изменение земной коры – горные породы непрерывно разрушаются и формируются вновь.

Для изучения глубинных слоев земли применяют геофизические методы, основанные на разнице скоростей сейсмических волн при прохождении разных по плотности сред, где происходит преломление и частичное отражение волн. Верхняя часть земной коры изучается бурением сверхглубоких скважин (12,6 км на Кольском полуострове).

Земная кора имеет два источника тепла: Солнце и распад радиоактивных веществ на границе с мантией.

В земной коре выделяют три температурные зоны.

I – зона переменных температур до глубины 30 м, определяется климатом местности, в зимний период образуется подзона промерзания, которая зависит от климата и типа горной породы и определяется по карте в СНиП, по формулам или по многолетним наблюдениям, ее величина учитывается при расчете глубины заложения фундамента.

II – зона постоянных температур, распространяется до глубины 15–40 м и соответствует среднегодовой температуре местности.

III – зона нарастания температур, в которой температура возрастает с глубиной в зависимости от геотермического градиента. Геотермический градиент – величина возрастания температуры на каждые 100 м глубины. Геотермическая ступень – глубина, при которой температура повышается на 1 °С. Теоретически средняя величина этой ступени составляет 33 м.

Вопросы для самопроверки

1. Форма Земли, характеристика магнитного поля.

2. Строение Земли, характеристика внешних и внутренних оболочек, методы изучения.

3. Как называется огненно-жидкий силикатный расплав в недрах Земли?

4. Как называется оболочка Земли, включающая земную кору и часть верхней мантии?

5. Как называется нижний слой атмосферы?

6. Тепловой режим земной коры (зона переменных, постоянных и нарастающих температур). В какой зоне изменение температур зависит от климата?

7. Для чего необходимо знание величины промерзания грунтов?

8. Геотермический градиент, геотермическая ступень.

Земная кора сложена горными породами, которые состоят из минералов. Изучением минералов занимается наука минералогия.

Минералы

Минерал (лат. minera – руда) – химическое соединение, образующееся в результате естественных физико-химических и геологических процессов в земной коре или на ее поверхности. В земной коре содержится несколько тысяч минералов и их разновидностей, но только около сотни из них наиболее часто встречаются и в больших количествах входят в состав горных пород. Эти минералы называются породообразующими. Минералы, содержание которых в породах незначительно (менее 5 %) называются акцессорными.

По способу образования минералы могут быть объединены в две группы:

– эндогенные минералы, образующиеся на различных глубинах за счет внутренней энергии Земли в результате кристаллизации магмы и преобразования первичных минералов в условиях высоких давлений и температур;

– экзогенные минералы, образующиеся за счет внешней (солнечной) энергии в результате процессов выветривания (воздействие атмосферы, гидросферы, биосферы) разнообразных пород. Каждый минерал обладает определенным химическим составом и определенной кристаллической структурой, т. е. закономерным расположением в пространстве элементарных частиц (молекул, атомов, ионов). В зависимости от особенностей химического состава и кристаллической структуры минералы образуют многогранники различной формы, называемые кристаллами. Эти характеристики минералов обусловливают все физические свойства, такие как цвет, блеск, твердость и т. д.

Полиморфными модификациями называются минералы, имеющие одинаковый химический состав, но различное внутреннее строение, структуру. Например, графит и алмаз – С; кальцит и арогонит – СаСО₃, их относят к различным минеральным видам.

Изоморфизмом (от греч. isos – равный и morphe – форма) называется свойство различных, но родственных по химическому составу веществ кристаллизоваться в одинаковых структурах при одном типе химической связи. Минералы с переменным составом могут объединяться в один минеральный вид, если непрерывно изменение состава минерала от одного крайнего члена к другому.

Иногда минералы имеют неупорядоченное строение, когда атомы и ионы, их составляющие, располагаются беспорядочно, хаотично. Минералы с таким строением называются аморфными.

Наиболее часто встречающимися формами выделения минералов в природе являются минеральные агрегаты – беспорядочные скопления минералов. Минеральные агрегаты бывают мономинеральными (греч. monos – один) и полиминеральными (греч. polys – многочисленный). При описании минеральных агрегатов отмечают размер отдельных зерен и их форму. По размеру слагающих их кристаллов агрегаты могут подразделяться на гигантозернистые – слагающие кристаллы более 3 см; крупнозернистые – 3–1 см; среднезернистые – от 1 до 0,3 см; мелкозернистые – менее 0,3 см, выделяются также скрытокристаллические агрегаты, отдельные зерна которых не видны невооруженным глазом. Формы кристаллов, слагающих минеральный агрегат, могут быть: изометричные, таблитчатые, дисковидные, уплощенные, листоватые, пластинчатые, столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые и т. д.

Физические свойства минералов

Минералы отличаются друг от друга по внешним признакам: цвету, блеску, форме и другим свойствам. Все физические свойства минералов находятся в прямой зависимости от их химического состава и кристаллической структуры. Для того чтобы распознать минералы в полевых условиях, не прибегая к специальным методам минералогического исследования и оборудованию, необходимо знать и уметь определить их основные физические свойства, которые можно использовать как диагностические признаки.

Оптические свойства

Прозрачность – свойство минерала пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности минералы подразделяются: на прозрачные (горный хрусталь, топаз, исландский шпат), полупрозрачные (флюорит, сильвин) и непрозрачные (пирит, магнетит).

Цвет: А. Е. Ферсман выделял следующие типы окраски минералов, обусловленные разными причинами:

– идиохроматическая (от греч. idios – свой собственный и chroma – цвет) окраска обусловлена внутренними свойствами минерала – особенностями строения кристаллической решетки. Некоторые минералы имеют определенный цвет, по которому их можно практически безошибочно определить. Например, пирит – латунно-желтый, магнетит – черный, малахит – зеленый, родонит – красный, азурит – синий.

– аллохроматическая (от греч. alios – другой, чужой) окраска связана с присутствием в минералах либо элементов-хромофоров (Cr, V, Ti, Mn, Fe, Al, Ni, Со, Cu, U, Мо), либо тонко рассеянных механических примесей. Такие минералы называются полихромными (от греч. polys – многочисленный и chroma – цвет, краска). Кроме того, анизотропные минералы могут обладать плеохромизмом (от греч. pleon – более и chroma – цвет), т. е. обнаруживать разную окраску при рассматривании их в разных направлениях. Например, даже незначительная примесь Сr₂ О₃ (0,1 %) окрашивает бесцветный минерал корунд в густой ярко-красный цвет, прозрачная разновидность которого называется рубином.