- •1 Зміст геодинаміки. Фізичні та хімічні властивості землі
- •1.1 Наукові основи геодинаміки. Внутрішня будова та властивості Землі
- •1.1.1 Поняття про науку “Геодинаміка”. Структура та зв’язок з іншими геологічними дисциплінами
- •1.1.2 Петрофізичні властивості земних надр
- •1.1.3 Первинна речовина Землі
- •1.1.4 Характеристика геосфер
- •1.1.5 Фізичні властивості геосфер
- •1.1.6 Хімічний склад земних надр
- •1.1.7 Диференціація речовини геосфер Землі
- •1.2 Енергетика Землі
- •1.2.1 Джерела теплового поля Землі
- •1.2.2 Характеристика глибинного теплового поля
- •1.2.3 Проблема походження глибинного теплового поля Землі
- •1.2.4 Температура надр Землі
- •1.3 Геодинаміка ядра Землі
- •1.3.1 Хімічний склад ядра
- •1.3.2 Формування ядра
- •1.3.3 Ббудова ядра
- •1.3.4 Магнітне поле Землі
- •1.4 Геодинаміка мантії
- •1.4.1 Геодинамічна модель мантії
- •1.4.2 Склад та властивості мантії
- •1.4.3 Верхня мантія
- •1.4.4 Середня мантія
- •1.4.5 Нижня мантія
- •1.4.6 Склад мантії та її властивості
- •1.4.7 Проблеми повзучості та в’язкості
- •1.4.8 Характеристика тектоносфери
- •2 ГеодинаміЧні процеси земних надр
- •2.1 Геодинаміка астеносфери
- •2.1.1 Тектонічні гіпотези в історії геології
- •2.1.2 Тектонічні рухи
- •2.1.3 Теорія пограничних шарів при тепловій конвекції
- •2.2 Геодинаміка літосфери
- •2.2.1 Границі літосфери
- •2.2.2 Класифікація плит
- •2.2.3 Гіпотеза спредінгу і субдукції
- •2.2.4 Основні положення концепції спредінгу ложа океанів
- •2.2.5 Повний геодинамічний цикл розвитку літосфери
- •2.2.6 Геодинамічні процеси, пов’язані з океаногенезом
- •2.3 Внутрішня динаміка землі, типи тектонічних рухів, їх механізм, циклічність
- •2.3.1 Геодинамічні процеси, пов’язані з континентогенезом
- •2.3.2 Землетруси
- •2.3.3 Розповсюдження землетрусів
- •2.3.4 Внутрішня структура і механізм дії вулканів
- •2.4 Екзогенні геодинамічні процеси
- •2.4.1 Природа геодинамічних процесів та методи вивчення
- •2.4.2 Гравітаційні схилові процеси
- •2.4.3 Повзучість та її динаміка
- •2.4.4 Процеси зсуву та їх різновиди
- •3 Еволюція Землі, роль геодинамічних процесів у формуванні родовищ корисних копалин
- •3.1 Еволюція Землі
- •3.1.1 Гіпотези утворення Землі
- •3.1.2 Основні геотектонічні гіпотези
- •3.1.3 Глибинні процеси землі та їх поверхневі прояви
- •3.1.4 Тектоніка плит
- •3.1.5 Тектоніка плюмів
- •3.1.6 Роль континентів у динаміці Землі
- •3.1.7 Вертикальні рухи всередині континентів
- •3.2.3 Карстові і суфозійні процеси
- •Перелік Використаних джерел
- •Д одатки
- •Приклади сейсмічних моделей Землі
- •1 Сейсмологічна модель Землі
- •Сейсмічна модель будови Землі
- •Теорія плюмів
- •Методи геодинамічних досліджень
- •Регіональний тепловий потік в земній корі
- •Локальний тепловий потік
- •Регіональні термічні дослідження
1.1.6 Хімічний склад земних надр
Щодо питання первинної речовини Землі, то, згідно з космічною теорією, планети Сонячної системи, в тому числі і Земля, утворилися з газово-пилової хмари шляхом акреції речовини цієї хмари [5-11]. З більш щільної речовини утворилися планети Земної групи. Вважається, що Земля в період первинного накопичення матеріалу не могла бути сильно розігрітою (t100С). Вуглисті хондрити вважаються залишками первинної речовини, з якої виникли первинні планети. В їх складі присутні водневі силікати та окисне залізо, які виникають при t100-200С. Тобто Земля почала формуватися з первинної холодної недиференційованої нерозшарованої речовини. В процесі еволюції Земля мала перейти зі свого первинного гомогенного і холодного стану в ту фазу, яку ми спостерігаємо тепер і яка характеризується чіткою розшарованістю і великим розігрівом надр до стадії розплавленого ядра.
Вивчення хімічного складу Землі є ще більш складним завданням, ніж аналіз її внутрішньої будови. Дійсно, коли про структуру надр нашої планети можна судити по розповсюдженню в них пружних сейсмічних хвиль, то визначення хімічного складу Землі вимагає прямого вивчення взірців речовини, яка складає її різні геосфери. Останнє суттєво обмежується наступними обставинами:
-концентричною внутрішньою будовою Землі, на поверхні якої широко відслонюються породи тільки верхньої геосфери – земної кори;
-сучасним розвитком бурової техніки (свердловини до 11 км).
Таким чином, прямому хімічному аналізу можна подати породи, які складають поверхневі горизонти земної кори, а також вивержені на поверхню продукти вулканічної діяльності.
Роботи Ферсмана А., Заварицького А., Віноградова А., Вернадського В. та багатьох інших дозволяють оцінити середній відсотковий вміст хімічних елементів в земній корі 2, 4, 10-16. Такий вміст називають кларковим - за ім’ям американського вченого Кларка Ф., який вперше склав схему розповсюдження хімічних елементів в земній корі. Значення кларкового вмісту хімічних елементів має велике значення у зв’язку з пошуками родовищ корисних копалин.
З аналізу середнього вмісту хімічних елементів видно, що на долю трьох легких елементів – кисню, кремнію, алюмінію – приходиться 82,58%. Наступні п’ять елементів – залізо, кальцій, натрій, калій та магній – складають 14,55% маси земної кори. Таким чином, в будові кори, очевидно, домінують легкі елементи, що обумовлює їх відносно невисоку щільність.
Із загального закону збільшення щільності за глибиною частково витікає можливість збільшення ролі важких елементів в мантії і особливо в ядрі. Вивчення хімічного стану глибинних геосфер неможливе без врахування термобародинамічних умов надр Землі – високих тисків і температур та їх впливу на властивості речовини.
Питання про склад внутрішніх оболонок Землі є принципово важливим. На даний час панують дві точки зору:
-перша – про гетерогенний склад внутрішніх геосфер. На користь цього говорять сучасні дані про щільність та швидкість розповсюдження сейсмічних хвиль. Допускаючи ототожнення речовини мантії (верхньої) з ультраосновними породами (типу перидотиту), можна передбачити домінування залізисто-нікельового складу ядра, верхня оболонка якого знаходиться в стані розплаву;
-друга – про гомогенну (з точки зору хімічного складу) будову Землі.
Наявність границь в Землі і різницю фізичних властивостей можна пояснити фазовими переходами речовини. В умовах тисків, які вимірюються сотнями тисяч мегапаскалей, і температур в кілька тисяч градусів теоретично можливим є руйнування не тільки кристалічної гратки речовини, але й її електронних оболонок. При цьому відбувається перехід речовини в металічну фазу. Важливо відзначити, що така зміна способу «упаковки» частинок речовини на атомарному, а потім і на ядерному рівнях, ймовірно, відбувається стрибкоподібно при досягненні достатніх тисків та температур. На рис. 1.7 зображена одна з перших реальних моделей мантії Землі, побудована за даними сейсмології і результатами лабораторних досліджень при високих тисках (за даними В. Жаркова).
Таким чином, можна пояснити наявність концентричних границь зміни фізичних властивостей речовини Землі при відносно постійному хімічному складі. Аргументів на користь цієї точки зору небагато. Це значною мірою обумовлено складністю прогнозування фазових перетворень без їх експериментальної перевірки в умовах тривалої дії високих тисків та температур.
Але обидві ці точки зору мають право на існування. Ймовірно, в Землі є і границі зміни хімічного складу, і границі, які пов’язані з фазовими переходами 14-18.