§ 17. Физические свойства и химический состав Земли

К физическим свойствам Земли относят температурный режим (внутреннюю теплоту), плотность и давление.

Внутренняя теплота Земли. По современным представлениям Земля после ее образования была холодным телом. Затем распад радиоактивных элементов постепенно разогревал ее. Однако в результате излучения тепла с поверхности в околоземное пространство происходило ее охлаждение. Образовались относительно холодная литосфера и земная кора. На большой глубине и сегодня высокие температуры. Рост температур с глубиной можно наблюдать непосредственно в глубоких шахтах и буровых скважинах, при извержении вулканов. Так, изливающаяся вулканическая лава имеет температуру 1200–1300 °C.

На поверхности Земли температура постоянно изменяется и зависит от притока солнечного тепла. Суточные колебания температур распространяются до глубины 1–1,5 м, сезонные – до 30 м. Ниже этого слоя лежит зона постоянных температур, где они всегда остаются неизменными и соответствуют среднегодовым температурам данной местности на поверхности Земли.

Глубина залегания зоны постоянных температур в разных местах неодинакова и зависит от климата и теплопроводности горных пород. Ниже этой зоны начинается повышение температур, в среднем на 30 °C через каждые 100 м. Однако величина эта непостоянна и зависит от состава горных пород, наличия вулканов, активности теплового излучения из недр Земли. Так, в России она колеблется от 1,4 м в Пятигорске до 180 м на Кольском полуострове.

Зная радиус Земли, можно подсчитать, что в центре ее температура должна достигать 200 000 °C. Однако при такой температуре Земля превратилась бы в раскаленный газ. Принято считать, что постепенное повышение температур роисходит только в литосфере, а источником внутреннего тепла Земли служит верхняя мантия. Ниже рост температур замедляется, и в центре Земли она не превышает 50 000 °C.

Плотность Земли. Чем плотнее тело, тем больше масса единицы его объема. Эталоном плотности принято считать воду, 1 см3 которой весит 1 г, т. е. плотность воды равна 1 г/с3. Плотность других тел определяется отношением их массы к массе воды такого же объема. Отсюда понятно, что все тела, имеющие плотность больше 1, тонут, меньше – плавают.

Плотность Земли в разных местах неодинакова. Осадочные породы имеют плотность 1,5–2 г/см3, а базальты – более 2 г/см3. Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см3– это в 2 с лишним раза больше плотности гранита[3]. В центре Земли плотность слагающих ее пород возрастает и составляет 15–17 г/см3.

Давление внутри Земли. Горные породы, находящиеся в центре Земли, испытывают огромное давление со стороны вышележащих слоев. Подсчитано, что на глубине всего лишь 1 км давление составляет 104гПа, а в верхней мантии оно превышает 6 * 104гПа. Лабораторные эксперименты показывают, что при таком давлении твердые тела, например мрамор, изгибаются и могут даже течь, т. е. приобретают свойства, промежуточные между твердым телом и жидкостью. Такое состояние веществ называют пластическим. Данный эксперимент позволяет утверждать, что в глубоких недрах Земли материя находится в пластическом состоянии.

Химический состав Земли. В Земле можно найти все химические элементы таблицы Д. И. Менделеева. Однако количество их неодинаково, распределены они крайне неравномерно. Например, в земной коре кислород (О) составляет более 50 %, железо (Fе) – менее 5 % ее массы. Подсчитано, что базальтовый и гранитный слои состоят в основном из кислорода, кремния и алюминия, а в мантии возрастает доля кремния, магния и железа. В целом же принято считать, что на 8 элементов (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, водород) приходится 99,5 % состава земной коры, а на все остальные – 0,5 %. Данные о составе мантии и ядра носят предположительный характер.

Геологические процессы в устьевых областях рек.

На формирование устьевых частей рек влияют многочисленные факторы: 1) расход воды в реке и его изменения во времени; 2) количество и состав переносимого рекой обломочного материала; 3) вдольбереговые морские течения; 4) приливы и отливы; 5) тектонические движения. В зависимости от соотношения указанных факторов формируются различные типы устьевых частей. Среди них наиболее типичны дельты и эстуарии. Дельта фактически представляет собой конус выноса обломочного материала, приносимого рекой. Когда река достигает моря, скорость течения падает. В результате этого большое количество материала, как влекомого по дну, так и находящегося во взвешенном состоянии, оседает. Таким путем образуется широкий наземный конус выноса с вершиной, обращенной к реке, и наклонным в сторону моря основанием. Часть принесенного материала выпадает в море, образуя подводную дельту, или авандельту. При относительно небольшой глубине моря русло реки быстро загромождается наносами и уже не может пропустить через себя все количество поступающей речной воды. В результате возникают прорывы берегов, и образование дополнительных русел, называемых рукавами или протоками, которые разбивают дельту на отдельные острова. Отдельные протоки постепенно отчленяются, мелеют, превращаются в озера. В ходе развития часть из них постепенно заполняется озерными осадками, часть зарастает и превращается в болота.

При каждом половодье дельта реки меняет форму; расширяется, повышается и удлиняется в сторону моря. В результате образуются обширные аллювиально-дельтовые равнины со сложным рельефом и строением. Примером такой дельты является дельта Волги (рис. 6.12).

Отложения аллювиально-дельтовых равнин представляют собой комплекс континентальных и морских отложений, сложно чередующихся, характеризующихся быстрой сменой фаций в горизонтальном и вертикальном направлениях, частым выклиниванием, иногда линзовидной формой. Среди них выделяются следующие генетические типы: 1) аллювиальные (русловые и пойменные) отложения, представленные в равнинных реках песками и глинами, в горных - более грубым материалом; 2) озерные - преимущественно суглинистые отложения, богатые органическим веществом; 3) болотные - торфяники; 4) эоловые, возникающие в результате перевевания русловых отложений; 5) морские, образующиеся на суше при нагонных морских волнах, а в авандельте (и в пределах предустьевого взморья) помимо обломочного материала в результате коагуляции (лат. "коагуляцио" - свертывание) местами выпадают приносимые реками коллоидные вещества (Fe, Mn, A1 и др.). В устьях рек часто выпадают и органические коллоиды. Описанный тип развития и строения многорукавных дельт достаточно широко распространен во многих реках, и мощность дельтовых отложений в них близка к суммарной мощности аллювия в реке.

Существенно отличается от описанных дельта р. Миссисипи. Это так называемая лопастная дельта. Она подходит к морю в виде глубоких (2 - 3) русел - лопастей, похожих на раскрытые пальцы (так называемая "птичья лапа"), которые выдвигаются в Мексиканский залив с различной скоростью. Уникальность этой дельты в том, что лопасти ее расстилаются по всему широкому шельфу и выносимый рекой терригенный материал поступает прямо на континентальный склон. Это происходит в условиях прогибания земной коры со скоростью 1-4 см/год. Для дельты р. Миссисипи характерны большая мощность отложений (около 1000 м) и сложность строения. Дельты имеются у таких крупных рек, как Ганг с Брахмапутрой, Хуанхэ, Янцзы, Нил, Рейн, Лена, Волга и др.

Эстуарии (лат. "эстуариум" - берег, заливаемый приливом) - воронкообразные заливы, глубоко вдающиеся в долину реки. Притчард определяет эстуарий как полузакрытый прибрежный водоем, который свободно сообщается с океаном. Необходимыми условиями для развития эстуариев являются: наличие приливов и отливов; вдольбереговые течения; прогибание земной коры, превышающее скорость накопления осадков. Во время больших приливов морские воды далеко проникают в эстуарий, происходит турбулентное перемешивание двух водных масс - соленой морской и пресной речной, образующих во время отлива мощный поток, который выносит в море обломочный материал, принесенный рекой, где он подхватывается береговыми течениями. Только в определенных условиях часть тонкой взвеси осаждается в эстуарии. Дж. П. Кеннет отмечает также, что более тонкая глинистая взвесь при смешивании пресных вод с солеными флокулируется, т. е. частицы слипаются в агрегаты под действием электролита (морской воды). С увеличением размеров скорость осаждения этих агрегатов возрастает, и они выпадают в осадок. Эстуарии хорошо выражены у рек Сены, Эльбы, Темзы и других, в формировании которых решающую роль играют приливно-отливные и вдольбереговые течения. Вместе с тем имеются крупные эстуароподобные заливы в устьях рек Сибири - Енисее и Оби. Они образовались в результате прогибания местности и затопления морем низовьев рек. Это подтверждается наблюдениями в Карском море, на дне которого устье р. Енисея прослеживается до изобаты 100 м. С эстуариями по форме сходны лиманы (греч. "лимнэ" - бухта, залив) - расширенные устья рек, затопленные водами бесприливных морей (Черное и др.). Их образование также связано с прогибанием земной коры в устьевых частях рек. Примерами являются лиманы Днепра, Буга и др.