Б) Геотермическая ступень и геотермический градиент.

Тема 1: ТИПЫ И СТРОЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ.

Земная кора — верхняя часть литосферы. В масштабах всего земного шара её можно сравнить с тончайшей плёнкой — столь незначительна её мощность. Но даже эту самую верхнюю оболочку планеты мы знаем не очень хорошо. Как же можно узнать о строении земной коры, если даже самые глубокие скважины, пробуренные в коре, не выходят за первый десяток километров? На, помощь учёным приходит сейсмолокация. Расшифровывая скорость прохождения сейсмических волн через разные среды, можно получить данные о плотности земных слоёв, сделать вывод об их составе. Под континентами и океаническими впадинами строение земной коры различно.

А) Океаническая кора

Океаническая земная кора более тонкая (5—7 км), чем континентальная, и состоит из двух слоёв — нижнего базальтового и верхнего осадочного. Ниже базальтового слоя находится поверхность Мохо и верхняя мантия. Рельеф дна океанов очень сложен. Среди разнообразных форм рельефа особенно выделяются огромные срединно-океанические хребты. В этих местах происходит зарождение молодой базальтовой океанической коры из вещества мантии. Через глубинный разлом, проходящий вдоль вершин по центру хребта — рифт, магма выходит на поверхность, растекаясь в разные стороны в виде лавовых подводных потоков, постоянно раздвигая в разные стороны стенки рифтового ущелья. Этот процесс называется спредингом.

Срединно-океанические хребты возвышаются над дном океанов на несколько километров, а их протяженность достигает 80 тыс. км. Хребты рассекаются параллельными поперечными разломами. Их называют трансформными. Рифтовые зоны — самые неспокойные сейсмические зоны Земли. Базальтовый слой перекрывают толщи морских осадочных отложений — илов, глин разного состава.

Б) Континентальная кора.

Континентальная земная кора занимает меньшую площадь (около 40% поверхности Земли - прим. от geoglobus.ru), но имеет более сложное строение и гораздо большую мощность. Под высокими горами её толщина измеряется 60—70 километрами. Строение коры континентального типа трёхчленное — базальтовый, гранитный и осадочный слои. Гранитный слой выходит на поверхность на участках, именуемых щитами. Например, Балтийский щит, часть которого занимает Кольский полуостров, сложен породами гранитного состава. Именно здесь велось глубокое бурение, и Кольская сверхглубокая скважина достигла отметки 12 км. Но попытки пробурить весь гранитный слой насквозь оказались неудачными.

Шельф — подводная окраина материка — также имеет континентальную кору. То же относится и к крупным островам — Новой Зеландии, островам Калимантан, Сулавеси, Новая Гвинея, Гренландия, Сахалин, Мадагаскар и другим. Окраинные моря и внутренние моря, такие как Средиземное, Чёрное, Азовское, расположены на коре континентального типа.

Говорить о базальтовом и гранитном слоях континентальной коры можно лишь условно. Имеется в виду, что скорость прохождения сейсмических волн в этих слоях сходна со скоростью прохождения их в породах базальтового и гранитного состава. Граница гранитного и базальтового слоев выделяется не очень чётко и изменяется по глубине. Базальтовый слой граничит с поверхностью Мохо. Верхний осадочный слой меняет свою толщину в зависимости от рельефа поверхности. Так, в горных районах он тонкий или вообще отсутствует, так как внешние силы Земли перемещают рыхлый материал вниз по склонам - прим. от geoglobus.ru. Зато в предгорьях, на равнинах, в котловинах и впадинах он достигает значительных мощностей. Например, в Прикаспийской низменности, которая испытывает погружение, осадочный слой достигает 22 км

Тема 2: ТЕМПЕРАТУРА В НЕДРАХ ЗЕМЛИ.

А) Изменение температуры с глубиной, причины ее изменения:
Тепловой режим Земли складывается из двух видов: внешней теплоты, получаемой в виде солнечной радиации, и внутренней, зарождающейся в недрах планеты. Солнце дает Земле огромное количество тепловой энергии. Разные участки земного шара получают неодинаковое количество тепловой энергии: области расположенные вблизи экватора и тропиков - больше, а области умеренных широт и полярные области - меньше. Солнечная энергия обычно проникает вглубь земной коры на глубину 10-12 км. С глубиной в недрах Земли увеличивается роль внутренней энергии. На некоторой глубине от поверхности Земли располагается пояс постоянной температуры, ниже его происходит увеличение температуры. Она зависит от состава вмещающих пород, деятельности теплых источников и теплоты поступающей из недр Земли.

Б) Геотермическая ступень и геотермический градиент.

ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ-увеличение глубины в земной коре (в метрах), соответствующее повышению темп-ры горных пород на 1ОС. В среднем Г. с. равна 30-40 л; в кристаллич. породах в неск. раз больше (до 120-200 м), чем в осадочных. Колеблется в значит, пределах в зависимости от глубины и места (от 5 до 150 м). Для Москвы средняя величина Г. с. равна 38,4 м. Измерение прироста темп-ры горных пород с увеличением глубин их залегания устанавливается геотермическим градиентом.

ГЕОТЕРМИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ, величина, на которую повышается температура горных пород с увеличением глубин залегания на каждые 100 м. В среднем для глубин коры, доступных непосредственным температурным измерениям, величина Г. г. принимается равной приблизительно 3°С. Г. г. меняется от места к месту в зависимости от форм земной поверхности, теплопроводности горных пород, циркуляции подземных вод, близости вулканических очагов, различных химических реакций, происходящих в земной коре. Закономерный рост температуры с увеличением глубины указывает на существование теплового потока из недр Земли к поверхности. Величина этого потока равна произведению Г. г. на коэффициент теплопроводности.

Пояс постоянной температуры в Москве располагается на глубине 20 м (4,2 °С), в Париже в течение 100 лет на глубине 28 м отмечается температура 11,83 °С. Глубже этого пояса, в направлении от поверхности Земли к центру, температура постепенно повышается: в среднем на каждые 33 м на 1 °С. Это так называемая геотермическая ступень. Величина геотермической ступени в

разных местах и на разных глубинах неодинакова и колеблется от 5 до 150 м. В вулканических районах с глубиной температура повышается очень быстро.

Прирост температуры на каждые 100 м углубления от зоны постоянной температуры называется геотермическим градиентом. Он также в разных местах и на разных глубинах имеет неодинаковую величину. С глубиной в среднем на каждые 100 м температура увеличивается на 3 °С.

Наибольший геотермический градиент — 150 ° С/км наблюдался в Бонанце, США, штат Орагон, наименьший градиент — 6 0 С/км — в Витватерсранде, Южная Африка. Различия в величине геотермической ступени и геотермического градиента обусловлены разной радиоактивностью и теплопроводностью горных пород, различными условиями залегания горных пород (температура выше в слоях, собранных в складки недавно), гидрохимическими процессами (в зависимости от того, какие реакции преобладают: с выделением тепла или с поглощением), температурой подземных вод, циркулирующих в толще пород.

Тема 3: МИНЕРАЛЫ.

А) Минера́л (фр. minéral, от позднелат. minera — руда) — природное тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами. Является составной частью земной коры, горных пород, руд, метеоритов. Изучением минералов занимается наука минералогия. В настоящее время установлено около 3500 минеральных видов. Однако лишь несколько десятков минералов (около 70) пользуются широким распространением. Они входят в состав горных пород и называются породообразующими.

Б) Классификация минералов по химическому составу:

Приводим краткую характеристику основных классов минералов.

Силикаты (полевые шпаты, слюды, пироксены, хлориты и др.). Наиболее многочисленный класс (до 800 минералов), слагающий по массе более 90% всей земной коры. В основе строения всех силикатов — кремнекислородный тетраэдр [SiO4]4. Силикаты являются породообразующими минералами для большинства магматических и метаморфических горных пород. Самыми распространенными среди силикатов являются полевые шпаты, которые подразделяются на калиево-натриевые (ортоклаз) и известково-натриевые, или плагиоклазы (альбит, Лабрадор, анортит).

В составе силикатов большое практическое значение имеет группа глинистых минералов — каолинит, гидрослюда и особенно монтмориллонит. Эти минералы во многом определяют инженерно геологические особенности глинистых пород и отличаются весьма высокой дисперсностью (< 1 мкм).

Карбонаты (кальцит — СаСОэ, доломит — СаМg(С03)2, сидерит — FеС03 и др.)- В класс карбонатов входит до 80 минералов, наиболее известен среди них кальцит, входящий в состав таких горных пород, как известняк и мрамор. Карбонаты растворяются в воде и вызывают развитие опасных геологических процессов.

Оксиды и гидроксиды (кварц и халцедон — SiO2, опал — SiO2• nН20, лимонит — Fe2Оэ • nН20 и др.). Наиболее распространенным и весьма устойчивым минералом среди них является кварц, входящий в состав почти всех горных пород.

Сульфиды (пирит FеS2, галенит РbS, сфалерит ZnS и др.) в химическом отношении представляют собой соединения различных элементов с серой. Наиболее распространен среди них пирит, отрицательно влияющий на качество природных строительных материалов. Всего в классе сульфидов насчитывается до 200 минералов.

Сульфаты (гипс СаS04 • 2Н20, ангидрит СаS04, барит ВаS04 и др.) — соли серной кислоты, типичные минералы осадочных горных пород. Представители этого класса насчитывают до 260 минералов. Их характерная особенность — растворимость в воде, что является причиной развития (как и в карбонатах) опасного геологического процесса — карста.

Галоиды (галит — NаС1, сильвин — КС1, флюорит — СаF2 и др.) — соли галоидно-водородных кислот. Многие из них растворимы в воде и придают ей повышенную минерализацию.

Фосфаты (апатит — Са5(F, С1) (Р04)3 и др.) представлены большим количеством минералов (до 300), однако содержание их в земной коре не превышает 1 %.

Вольфраматы (вольфрамит — (FеМn)>WO4 и др.) не имеют породообразующего значения и в горных породах встречаются крайне редко. Многие сплавы вольфраматов обладают очень высокой твердостью, например победит, широко используемый при бурении скважин.

Самородные элементы (алмаз — С, сера — S, золото — Аu и др.). В этот класс входит около 50 минералов. Встречаются они редко, и в земной коре их масса не превышает 0,1%.

Для общей характеристики состава минералов, входящих в состав горных пород, в инженерно-геологической практике их изучают с помощью шлифов — тончайших прозрачных пластинок горных пород толщиной 0,03 мм. Для просмотра шлифов используют поляризационный микроскоп. Высокодисперсные глинистые минералы (монтмориллонит и др.), имеющие важное значение при инженерно-геологической оценке горных пород, изучают с помощью электронной микроскопии:, термического анализа, рентгенографии и других методов.