Земная кора

ЗЕМНАЯ КОРА (а. earth crust; н. Erdkruste; ф. croute terrestre; и. соrteza terrestre) — верхняя твёрдая оболочка Земли, ограниченная снизу Мохоровичича поверхностью. Термин "земная кора" появился в 18 в. в работах М. В. Ломоносова и в 19 в. в трудах английский учёного Ч. Лайеля; с развитием контракционной гипотезы в 19 в. получил определенный смысл, вытекающий из идеи охлаждения Земли до тех пор, пока не образовалась кора (американский геолог Дж. Дана). В основе современных представлений о структуре, составе и других характеристиках Земной коры лежат геофизические данные о скорости распространения упругих волн (в основном продольных, V_p), которые на границе Мохоровичича скачкообразно возрастают с 7,5-7,8 до 8,1-8,2 км/с. Природа нижней границы Земной коры, по-видимому, обусловлена изменением химического состава пород (габбро — перидотит) либо фазовыми переходами (в системе габбро — эклогит).

В целом для Земной коры характерна вертикальная и горизонтальная неоднородность (анизотропия), которая отражает различный характер её эволюции в разных частях планеты, а также её существенную переработку в процессе последнего этапа развития (40-30 млн. лет), когда были сформированы основные черты современного лика Земли. Значительная часть Земной коры находится в состоянии изостатического равновесия (см. Изостазия), которое в случае нарушения достаточно быстро (104 лет) восстанавливается благодаря наличию Астеносферы. Выделяют два главных типа Земной коры: континентальную и океаническую, различающихся по составу, строению, мощности и другим характеристикам (рис.). Мощность континентальной коры в зависимости от тектонических условий меняется в среднем от 25-45 км (на платформах) до 45-75 км (в областях горообразования), однако и в пределах каждой геоструктурной области она не остаётся строго постоянной.

В континентальной коре различают осадочный (V_p до 4,5 км/с), "гранитный" (V_p 5,1-6,4 км/с) и "базальтовый" (V_p 6,1-7,4 км/с) слои. Мощность осадочного слоя достигает 20 км, распространён он не повсеместно. Названия "гранитного" и "базальтового" слоев условны и исторически связаны с выделением разделяющей их границы Конрада (V_p 6,2 км/с), хотя последующие исследования (в том числе сверхглубокое бурение) показали некоторую сомнительность этой границы (а по некоторым данным её отсутствие). Оба эти слоя поэтому иногда объединяют в понятие консолидированной коры. Изучение выходов "гранитного" слоя в пределах щитов показало, что в него входят породы не только собственно гранитного состава, но и разнообразные гнейсы и другие метаморфические образования. Поэтому данный слой часто называют также гранитно-метаморфическим или гранитно-гнейсовым; его средняя плотность 2,6-2,7 т/м³. Прямое изучение "базальтового" слоя на континентах невозможно, и значениям скоростей сейсмических волн, по которым он выделен, могут удовлетворять как магматические породы основного состава (базиты), так и породы, испытавшие высокую степень метаморфизма (гранулиты, отсюда название гранулит-базитовый слой). Средняя плотность базальтового слоя колеблется от 2,7 до 3,0 т/м³.

Основные отличия океанической коры от континентальной — отсутствие "гранитного" слоя, существенно меньшая мощность (2-10 км), более молодой возраст (юра, мел, кайнозой), большая латеральная однородность. Океаническая кора состоит из трёх слоев. Первый слой, или осадочный, характеризуется широким диапазоном скоростей (V от 1,6 до 5,4 км/с) и мощностью до 2 км. Второй слой, или акустический фундамент, имеет в среднем мощность 1,2-1,8 км и Vp 5,1-5,5 км/с. Детальные исследования позволили разделить его на три горизонта (2А, 2В и 2С), причём наибольшей изменчивостью обладает горизонт 2А (V_p 3,33-4,12 км/с). Глубоководным бурением установлено, что горизонт 2А сложен сильнотрещиноватыми и брекчированными базальтами, которые с увеличением возраста океанической коры становятся более консолидированными. Мощность горизонта 2В (V_p 4,9-5,2 км/с) и 2С (V_p 5,9-6,3 км/с) не постоянна в разных океанах. Третий слой океанической коры имеет достаточно близкие значения V_p и мощности, что указывает на его однородность. Однако в его строении также отмечаются вариации как по значениям скорости (6,5-7,7 км/с), так и мощности (от 2 до 5 км). Большинство исследователей считают, что третий слой океанической коры сложен породами в основном габброидного состава, а вариации скоростей в нём обусловлены степенью метаморфизма.

Кроме двух главных типов Земной коры, выделяют подтипы на основе соотношения толщины отдельных слоев и суммарной мощности (например, кора переходного типа — субконтинентальная в островных дугах и субокеанская на континентальных окраинах и т.д.). Земную кору нельзя отождествлять с литосферой, устанавливаемой на основе реологии, свойств вещества.

Возраст древнейших пород Земной коры достигает 4,0-4,1 млрд. лет. Вопрос о том, каков был состав первичной Земной коры и как она формировалась в течение первых сотен млн. лет, не ясен. В течение первых 2 млрд. лет, по-видимому, сформировалось около 50% (по некоторым оценкам, 70-80%) всей современной континентальной коры, следующие 2 млрд. лет — 40%, и лишь около 10% приходится на последние 500 млн. лет, т.е. на фанерозой. По вопросам формирования Земной коры в архее и раннем протерозое и характере её движений среди исследователей нет единого мнения. Одни учёные считают, что формирование Земной коры происходило при отсутствии крупномасштабных горизонтальных перемещений, когда развитие рифтогенных зеленокаменных поясов сочеталось с образованием гранитно-гнейсовых куполов, послуживших ядрами роста древнейшей континентальной коры. Другие учёные считают, что начиная с архея действовала эмбриональная форма тектоники плит, а гранитоиды формировались над зонами Субдукции, хотя ещё не было крупных горизонтальных перемещений континентальной коры. Переломный момент в развитии Земной коры наступает в позднем докембрии, когда в условиях существования крупных плит уже зрелой континентальной коры стали возможны крупномасштабные горизонтальные перемещения, сопровождаемые субдукцией и обдукцией новообразованной литосферы. С этого времени образование и развитие Земной коры происходит в геодинамической обстановке, обусловленной механизмом тектоники плит.