Земная кора: строение и типы

Земная кора — это внешняя твёрдая оболочка Земли, верхняя часть литосферы, отделённая от подстилающей мантии границей Мохоровичича (границей Мохо). Она сложена горными породами разного состава и возраста и является единственной геосферой, доступной для непосредственного изучения и хозяйственного освоения. Общая масса земной коры оценивается примерно в 2,8×10¹⁹ тонн, что составляет менее 1 % массы всей планеты.

Строение и границы

Земная кора подстилается верхней мантией. Раздел между ними — граница Мохоровичича — был открыт в 1909 году хорватским сейсмологом Андреем Мохоровичичем по резкому скачку скорости распространения сейсмических волн. На этой границе скорость продольных волн возрастает с 6,5–7 км/с до 8,1–8,2 км/с, что связано со сменой химического состава и плотности пород. Ниже коры залегает астеносфера — частично расплавленный слой мантии, по которому перемещаются литосферные плиты.

Мощность коры варьируется в широких пределах: под океанами она составляет 5–10 км, под континентами — 30–50 км, а в горных областях (Гималаи, Анды) достигает 70–75 км. Различают два основных типа коры — континентальную и океаническую, а также промежуточные и переходные разновидности.

Типы земной коры

Континентальная кора

Континентальная (материковая) кора имеет трёхслойное строение и среднюю плотность около 2,7 г/см³. В её разрезе выделяют:

• Осадочный слой — прерывистый чехол мощностью от 0 до 20 км, сложенный песками, глинами, известняками и другими осадочными породами.
• Гранитный слой — сложен метаморфическими и магматическими породами, богатыми кремнезёмом и алюминием (граниты, гнейсы, кристаллические сланцы). Скорости сейсмических волн — 5,5–6,3 км/с.
• Базальтовый слой — нижняя часть коры, представленная более плотными породами основного состава (габбро, амфиболиты, гранулиты). Скорости волн — 6,4–7,0 км/с.

Возраст древнейших участков континентальной коры (кратонов) превышает 3,5–4 млрд лет. Континентальная кора содержит практически все известные месторождения полезных ископаемых, включая руды чёрных и цветных металлов, уголь, нефть и газ.

Океаническая кора

Океаническая кора значительно тоньше (5–10 км) и плотнее (около 2,9 г/см³). Она формируется в срединно-океанических хребтах и состоит из четырёх слоёв:

• Слой 1 — рыхлые осадки (глобигериновые и радиоляриевые илы, красная глубоководная глина), мощность от 0 до 1 км.
• Слой 2 — базальтовые лавы (подушечные и массивные), мощность 1,5–2 км.
• Слой 3 — дайковый комплекс и габбро, мощность около 5 км.
• Слой 4 — серпентинизированные перидотиты верхней мантии.

Океаническая кора молодая: её максимальный возраст не превышает 180–200 млн лет, поскольку старая кора поглощается в зонах субдукции. Она содержит железомарганцевые конкреции, полиметаллические сульфиды и другие полезные ископаемые.

Переходные типы

Помимо двух основных, выделяют субконтинентальную и субокеаническую кору. Субконтинентальная кора характерна для островных дуг (Курильские острова, Япония) и имеет промежуточную мощность 15–30 км. Субокеаническая кора встречается в глубоководных впадинах окраинных морей (например, в Чёрном море) и отличается пониженной мощностью осадочного слоя и отсутствием гранитного слоя.

Химический состав

По данным глубинного бурения (Кольская сверхглубокая скважина, 12 262 м) и геофизических исследований, в составе земной коры преобладают кислород (около 47 % по массе) и кремний (около 29 %). Далее следуют алюминий (8 %), железо (4,5 %), кальций (3 %), натрий (2,5 %), калий (2,5 %) и магний (2 %). Эти восемь элементов составляют более 98 % массы коры. Основные породообразующие минералы — полевые шпаты, кварц, слюды, амфиболы и пироксены.

Континентальная кора обогащена кремнезёмом и щелочами, тогда как океаническая — железом и магнием. Это различие отражается в составе главных магматических пород: гранитов (континенты) и базальтов (океаны).

Формирование и эволюция

Земная кора образовалась в результате дифференциации вещества мантии в раннем архее (около 4,4–4,0 млрд лет назад). Первичная кора была тонкой и базальтовой; её переработка, частичное плавление и накопление гранитных расплавов привели к формированию континентальной коры.

Современная кора непрерывно обновляется в рамках тектоники плит:

• в зонах спрединга (срединно-океанические хребты) рождается океаническая кора;
• в зонах субдукции она погружается в мантию и переплавляется;
• континентальная кора растёт за счёт аккреции островных дуг и столкновения континентов.

Скорость образования новой океанической коры составляет около 3 км² в год. Полное обновление океанического дна занимает примерно 150–200 млн лет.

Значение и изучение

Земная кора — главный объект геологии и геофизики. Её изучение ведётся методами:

• Глубокого и сверхглубокого бурения (Кольская скважина в России, скважина КТБ в Германии);
• Сейсморазведки (методы отражённых и преломлённых волн);
• Гравиметрии и магнитометрии;
• Геохимического и изотопного анализа горных пород.

С корой связаны все известные месторождения полезных ископаемых, а также большинство опасных природных процессов — землетрясения, вулканизм, оползни. Понимание строения коры необходимо для прогноза землетрясений, поиска ресурсов и оценки геологических рисков при строительстве.

Интересные факты

• Кольская сверхглубокая скважина, пробурённая в 1970–1990-х годах, остаётся самой глубокой в мире (12 262 м), однако она не достигла границы Мохоровичича, как планировалось.
• Под крупными горными системами кора «утолщается» за счёт корня — выступа в мантию, что объясняется изостатическим равновесием.
• В океанической коре не встречаются граниты, поэтому её химический состав значительно беднее континентальной.