Строение и толщина земной коры

Земная кора — это внешняя твёрдая оболочка Земли, верхняя часть литосферы, которая отделена от подстилающей мантии границей Мохоровичича (разделом Мохо). Толщина земной коры варьируется в широких пределах — от 5–10 км под океанами до 70–75 км под высочайшими горными системами, что обусловлено различиями в составе, плотности и истории геологического развития разных участков планеты.

Строение и типы земной коры

Земная кора неоднородна по своему строению. Выделяют два основных её типа: континентальную (материковую) и океаническую, которые принципиально различаются по мощности, составу и возрасту пород.

Континентальная кора

Континентальная кора имеет трёхслойное строение и значительно большую толщину. Её средняя мощность составляет 35–45 км, однако под крупными горными массивами она увеличивается. Максимальная зафиксированная толщина континентальной коры достигает 70–75 км под Гималаями и Андами — регионами активного столкновения литосферных плит.

В строении континентальной коры выделяют следующие слои:

• Осадочный слой — верхний, сложен рыхлыми и слабоуплотнёнными осадочными породами (пески, глины, известняки). Его мощность варьируется от нуля на щитах древних платформ до 20–25 км в краевых прогибах и впадинах.
• Гранитный слой — состоит преимущественно из метаморфических и магматических пород, богатых кремнезёмом и алюминием (граниты, гнейсы). Мощность слоя достигает 20–30 км. Название условно, поскольку слой включает разнообразные породы, близкие по физическим свойствам к граниту.
• Базальтовый слой — нижний слой континентальной коры, сложенный более плотными породами основного состава (базальты, габбро, амфиболиты). Его мощность составляет 15–35 км. В отличие от гранитного слоя, базальтовый не имеет чёткой нижней границы и постепенно переходит в породы верхней мантии.

Океаническая кора

Океаническая кора значительно тоньше континентальной — её средняя толщина составляет 5–10 км. Она имеет двухслойное (по другим классификациям — трёхслойное) строение и относительно молодой возраст: самые древние участки океанической коры датируются юрским периодом (около 180 млн лет), тогда как возраст континентальной коры достигает 4 млрд лет.

Строение океанической коры включает:

• Осадочный слой — тонкий (0,5–2 км), представлен глубоководными осадками: глинистыми илами, карбонатными отложениями, кремнистыми породами.
• Базальтовый слой — сложен подушечными лавами и дайками базальтового состава, мощность 1,5–2 км.
• Габбро-серпентинитовый слой — нижний слой, состоящий из габбро и серпентинизированных пород мантии, мощность 3–5 км.

Методы измерения толщины

Определение толщины земной коры производится главным образом сейсмологическими методами. Основой служит регистрация сейсмических волн, возникающих при землетрясениях или искусственных взрывах. Скорость распространения продольных волн резко возрастает на границе Мохоровичича — с 6,5–7,0 км/с в нижней части коры до 8,0–8,2 км/с в верхней мантии. По времени прихода отражённых и преломлённых волн рассчитывают глубину залегания этой границы.

Дополнительно применяются гравиметрические методы (изучение аномалий силы тяжести), магнитотеллурическое зондирование, а также данные бурения сверхглубоких скважин. Кольская сверхглубокая скважина, пробурённая в 1970–1990-х годах, достигла глубины 12 262 м, однако так и не пересекла границу Мохо, что подтвердило сложность строения континентальной коры и её значительную мощность.

Вариации толщины по регионам

Толщина земной коры существенно различается в зависимости от тектонической обстановки:

• Океанические впадины — 5–8 км. Минимальная толщина характерна для срединно-океанических хребтов, где формируется новая кора.
• Глубоководные окраины континентов — 15–25 км.
• Равнинные платформы (Восточно-Европейская, Сибирская) — 35–45 км.
• Горные сооружения (Альпы, Кавказ, Урал) — 50–60 км.
• Высочайшие горные системы (Гималаи, Анды, Тибет) — 65–75 км. Под Тибетским нагорьем толщина коры достигает максимальных значений на Земле — около 75 км.

Толщина коры под территорией России варьируется от 35–40 км на Русской равнине до 50–55 км под Кавказом и Алтаем. Под арктическими шельфами мощность коры составляет 25–35 км.

Динамика изменений

Толщина земной коры не является статичной величиной. Она изменяется в результате тектонических процессов:

• В зонах спрединга (расхождения плит) на срединно-океанических хребтах формируется новая океаническая кора, которая по мере удаления от хребта охлаждается, уплотняется и несколько увеличивает свою мощность за счёт накопления осадков.
• В зонах субдукции океаническая кора погружается в мантию и перерабатывается, а над зоной погружения формируется континентальная кора увеличенной мощности за счёт магматической активности и деформаций.
• При столкновении континентальных плит (коллизии) происходит утолщение коры вдвое и более — этот процесс наблюдается в Гималаях, где Индийская плита продолжает сталкиваться с Евразийской.

Изостазия — состояние гравитационного равновесия — объясняет, почему более толстая континентальная кора «плавает» выше в мантии, образуя возвышенности, тогда как тонкая океаническая кора опущена ниже, формируя океанические впадины.

Значение изучения

Знание толщины земной коры имеет фундаментальное значение для геологии и геофизики. Оно позволяет:

• реконструировать геологическую историю регионов и процессы горообразования;
• оценивать перспективы поиска месторождений полезных ископаемых, приуроченных к определённым типам коры;
• понимать механизмы землетрясений и вулканической активности;
• моделировать тепловой поток и процессы конвекции в мантии.

Изучение толщины коры также важно для планетологии: сравнение строения коры Земли с корой других планет земной группы (Марса, Венеры, Луны) помогает понять общие закономерности эволюции планетных тел.