Строение и состав Земли. Геосферы Земли.

Земля - третья планета Солнечной системы (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон). Кроме них в Солнечной системе свыше 1000 малых планет и около 100 периодических комет.

Солнце - газовый шар диаметром Д=1, 4 млн. км, что в 109 раз больше диаметра Земли. От Земли до Солнца 150 млн. км. Земля движется вокруг Солнца со скоростью 30 тыс. км/сек.

Земля имеет шарообразную форму, точнее эллипсоид вращения (геоид), средний радиус которого R_средн=6371 км. Площадь Земли - 510 млн. км², объем - 1, 083х10¹² км³. Длина окружности - 40 тыс. км. Средняя плотность вещества Земли r=5, 5 т/м³, для поверхностных пород r=2, 7 т/м³, внутри планеты r=11- 12 т/м³.

Наибольшая глубина океанического дна - Мариинская впадина (Н=11 км). Самая высокая горная вершина Эверест имеет высоту Н=8882 м над уровнем моря.

Гидросфера - совокупность всех вод Земли, прерывистая водная оболочка, состоящая из океанов и морей - 1370 млн. км³, подземных вод - 400 млн. км³, ледников - 30 млн. км³, организмов (Дюбуа: " жизнь - одушевленная вода") - 6 тыс. км³, реки 1, 25 тыс. км³. Средняя соленость мирового океана - 3, 5 %, т.е. в 1 л - 35 г соли; в Средиземном море - 3, 9%, в Черном - 1, 8%, в Балтийском - 5%. Состав солей:

1) хлориды NaCl=78%, MgCl₂=10%, KCl=2%, всего - 90%; 2 - сульфаты: MgSO₌6%, K₂SO₄=4%, СаСO₃=0, 3%. Есть другие химические элементы: Fe, Si, Al, F, P и даже золото Au. В воде океанов растворено около 22 млн. км³ солей. Этот слой покрыл бы земной шар оболочкой толщиной Н=42 м.

Тепловой режим Земли обеспечивают два источника: Солнце (внешний, дает 99, 5% энергии) и внутренний источник (распад радиоактивных элементов в недрах планеты). Солнце дает на 1 см² земной поверхности в минуту 1, 94 кал. Эта величина названа " солнечной постоянной".

В верхней части земной коры выделяют три температурных зоны: 1) сезонных колебаний (до глубины 20-25 м), 2) постоянных температур (25-50 м), 3) нарастания температур (в среднем 3 градуса на 100 м, геотермический градиент), или 1 градус на 33 м (геотермическая ступень). Таким образом, на глубине 3, 3 км будет 100º С, на 12 км – 374, 6º С (критическая температур воды), 33 км – 1000º С, 50 км – 1500º С, 66 км - 2000º С. В Москве на глубине 1630 м – 41º С, Симплтонский тоннель в Альпах (2, 7 км) – 50º С, в Ставрополе (завод Люминофоров, в скважине глубиной 1800 м) – 90º С, т.е. геотермическая ступень менее 30 м. В Кольской сверхглубокой скважине на глубине 12 км температура - 180º С. Образцы, выбуренные с этих глубин, как бы взрываются, разрушаясь на отдельности. Температура вулканов примерно 1500º С. Лава Везувия в Помпее расплавила медные сосуды (температура плавления меди 1083º С).

Ниже гранитной (SiAl) оболочки рост температур резко замедляется. В центре Земли возможна температура 3000-4000º С. В гранитной оболочке находится основная часть урана и тория, которые изнутри разогревают Землю. Скорость их распада не зависит от изменений температуры и давления, а количество убывает с глубиной.

Земной магнетизм и палеомагнетизм. Земля – гигантский магнит, имеющий два полюса (С и Ю), которые не совпадают с географическими С и Ю полюсами. Отсюда возникло магнитное отклонение. Природу земного магнетизма объясняют перемещением расплавленной магмы, обладающей электропроводностью и движением электрического тока в ионосфере. Местные магнитные аномалии (КМА, Тургайское месторождение) связаны с залежами магнитного железняка.

Палеомагнетизм и плавание магнитных полюсов в течение истории Земли.

29.Основные породообразующие минералы: происхождение, физические свойства, классификация.

Происхождение, физические свойства, шкала твердости минералов.

Минералами называются природные химические элементы, однородные по химическим и физическим свойствам, которые образуются в земной коре или на ее поверхности. Они являются составной частью горных пород, руд и других минеральных тел, слагающих земную кору. В земной коре более 7000 минералов и их разновидностей.

Большая часть минералов встречается очень редко и только некоторые из них (около 50-ти) составляют основную массу пород, руд и различных минеральных тел. Их называют породообразующими (кварц, полевые шпаты, глинистые минералы, карбонаты, сульфаты, пироксены, амфиболы). Это твердые минералы, но есть и жидкие – ртуть, вода, нефть (условно), и газообразные – углекислый газ СО₂ и другие газы. Каждый минерал - продукт (результат) определенного геологического процесса и может существовать только при определенных условиях. При изменении условий минералы либо разрушаются, либо видоизменяются.

Происхождение минералов. По условиям образования все минералы делятся на три группы: магматические, экзогенные (осадочные) и метаморфические.

При остывании магмы (силикатного огненно-жидкого расплава с температурой 1200-1300⁰С) образуются магматические породообразующие минералы (кварц, полевые шпаты, слюды и др.). Они стойкие к воде, щелочам и кислотам, плотные и обычно с большой твердостью.

Экзогенные минералы образуются на поверхности Земли за счет разрушения магматических пород и минералов. Глинистые минералы образуются в процессе выветривания магматических минералов (полевых шпатов, слюд). Некоторые минералы выпадают в виде солей в водах морей и озер (галит NaCl, сильвин KCl, мирабилит Na₂SO₄, кальцит CaCO₃), или за счет жизнедеятельности различных организмов (кальцит, опал).

Метаморфические (видоизмененные) минералы образуются на некоторой глубине в земной коре (≈ 6-10 км) из магматических и осадочных (экзогенных) пород и минералов. Здесь под воздействием высоких температур и давлений происходит преобразование (метаморфизм) ранее образованных осадочных и магматических минералов. Без расплавления вещества, с участием магматических газов и паров воды происходит перекристаллизация вещества: известняки переходят в мраморы, уголь - в графит, гранит – в гнейс, глина – в сланец.

В земной коре преобладают (88, 4%) магматические минералы и породы (гранит, базальт, диорит, трахит и др.). Метаморфические породы составляют 7%, а осадочные – 4, 6%. Но на поверхности Земли преобладают осадочные породы (65-70%). Строители обычно имеют дело с осадочными породами, которые принято называть грунтами.

Физические свойства минералов. Каждый минерал имеет определенный химический состав и обладает только ему присущими физическими и химическими свойствами. По этим свойствам производится диагностика минералов. Основные физические свойства:

1. Цвет (окраска) – разнообразная и не всегда устойчивая, т.к. зависит от примесей. Устойчивый цвет имеют: желтый – сера S, золото Au, пирит FeS₂, аурипигмент As₂S₃; бурый (ржавый) – бурый железняк Fe₂O₃; красный – киноварь HgS; зеленый – малахит Cu₂(OH)₂CO₃ и другие медные минералы; бесцветные (белые) – поваренная соль (галит NaCl), кварц SiO₂– горный хрусталь, лед H₂O. Из-за примесей кварц может быть фиолетовым (аметист), черным (морион), дымчатым (раухтопаз), желтым (цитрин), зеленым (празем), буро-красным (авантюрин) и др.

Многие минералы в растертом состоянии имеют другой цвет. Для этого определяют цвет черты царапанием по неглазурированной фарфоровой поверхности. Цвет черты более постоянный, чем цвет самого минерала. Многие окрашенные минералы имеют белый цвет черты.

2. Блеск создается отраженными лучами, зависит от показателя преломления минерала. Различают: стеклянный блеск – лед, кварц, кальцит, корунд, ортоклаз, флюорит (с показателем преломления (n=1, 3-1, 9); алмазный – алмаз, сера (n=1, 9-2, 6); полуметаллический – гематит, киноварь (n=2, 6-3, 0) и металлический - молибденит – более n=3, 0.

3. Прозрачность – способность пропускать свет. Различают три группы минералов по прозрачности: прозрачные (кварц, мусковит), полупрозрачные (гипс, халцедон, кальцит), непрозрачные (графит, пирит и мн.др.).

4. Твердость – сопротивление механическому воздействию (истиранию, царапанию, удару, раздавливанию и т. д.). Немецкий минералог Моос предложил условную 10-тибалльную шкалу твердости из 10-ти минералов: тальк -1, гипс - 2, кальцит - 3, флюорит - 4, апатит - 5, ортоклаз - 6, кварц - 7, топаз - 8, корунд - 9, алмаз - 10. Истинная твердость, которую определяют на специальных приборах (склерометрах-микротвердомерах) по отпечатку алмазной пирамиды, существенно отличается от числа твердости Мооса

5. Спайность – способность некоторых минералов раскалываться или расщепляться по определенным направлениям с образованием гладких (зеркальных) поверхностей, называемых плоскостями спайности. Спайность объясняется внутренним строением минералов. Различают пять разновидностей спайности: 1 - весьма совершенная (слюда, гипс), 2 - совершенная (кальцит, ортоклаз, каменная соль), 3 - несовершенная (полевые шпаты, роговая обманка), 4 – несовершенная (плоскости наблюдаются на отдельных небольших участках). 5 – весьма несовершенная (кварц, корунд) – спайность отсутствует, нет гладких поверхностей.

6. Излом – характер поверхности, может быть ровный (для минералов с совершенной спайностью), неровный, занозистый (для волокнистых минералов типа асбеста), раковистый (кварц, обсидиан), землистый (каолинит и др.).

7. Удельный вес (плотность) минералов изменяется от 0, 6 (смола) и 0, 9 г/см³ (лед) до 18-19 г/см³ (золото, платина) и 23, 0 г/см³ (осмистый иридий). У наиболее распространенных минералов плотность 2, 5- 3, 0 г/см³. По плотности различают: легкие до 2, 5 г/см³; средние – 2, 5 - 2, 8 г/см³ и тяжелые минералы – более 2, 8 г/см³.

Особые свойства минералов: растворимость в воде (галит - соленый, сильвин - горько-соленый); в кислотах (холодная соляная кислота растворяет кальцит, горячая – доломит). Породы, содержащие карбонаты (мрамор, мел, известняк, лесс), вскипают от соляной кислоты. Растворимые в воде соли имеют свой вкус. Специфический запах имеет сера и желваки фосфорита. Магнитными свойствами обладает магнитный железняк, а электропроводностью - некоторые рудные минералы.

Классификация по химическому составу. Характеристика основных породообразующих минералов.

1. Самородные химические элементы находятся в природе в свободном состоянии (золото Au, серебро Ag, платина Pt, медь Cu, алмаз C, графит C, сера S).

2. Окислы – корунд Al₂O₃, гематит (красный железняк, «кровавик» Fe₂O₃), лед, кварц.

3. Гидроокислы – лимонит Fe₂O₃·nH₂O, опал SiO₂·H₂O.

4. Сульфиды – пирит (серный, железный колчедан FeS₂) и его разновидности – марказит и халькопирит (медный колчедан CuFeS₂), галенит (свинцовый блеск PbS), сфалерит (цинковая обманка ZnS), киноварь HgS.

5. Галоиды - галит (каменная соль NaCl), сильвин KCl, флюорит CaF₂.

6. Карбонаты - кальцит CaCO₃, магнезит MgCO₃, доломит CaCO₃·MgCO₃, сидерит (железный шпат FeCO₃).

7. Сульфаты - гипс CaSO₄·2H₂O, ангидрит CaSO₄, мирабилит (глауберова соль Na₂SO₄·10H₂O), барит (тяжелый шпат BaSO₄). При соприкосновении с водой ангидрит переходит в гипс, увеличиваясь в объеме до 33 %.

8. Фосфаты - апатит, фосфорит.

9. Вольфрамиты - редкие минералы.

10. Силикаты составляют 83 % массы земной коры и 33 % всех минералов. В их кристаллической решетке основу составляет кремнекислородный тетраэдр, в котором ион кремния Si⁴⁺ связан с четырьмя ионами кислорода. Остальные связи кислорода идут на соединение с другими ионам. В зависимости от расположения тетраэдров различают:

30. Магматические породы, их формы залегания, классификация по условиям залегания и химико – минералогическому составу (кислотности).

Глубинные и излившиеся магматические породы, их формы залегания, Классификация по условиям залегания и химико-минералогическому составу (кислотности).

Горными породами называются минеральные агрегаты, образованные в земной коре и состоящие из одного или нескольких минералов. Они могут быть мономинеральными (каменная соль, гипс, мрамор) и, чаще, полиминеральными (песок, глина, гранит и др.). Известно около 1000 видов горных пород. По условиям образования горные породы, как и минералы, делятся на три больших класса: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические (или изверженные) горные породы образуются из магмы в недрах Земли (в земной коре - литосфере) или при ее излиянии на поверхность, в том числе и при извержениях вулканов, которые могут быть и подводными.