Геологические характеристики земной коры

Научные представления о земной коре являются наиболее разработанными и полными среди всех других объектов и их сфер, изучаемых геологическими науками. Долгое время земная кора была основным объектом изучения геологии, что позволило сформировать в этой области ряд теорий, включающих важнейшие фундаментальные модели и законы. В земной коре совершаются сложные типы взаимодействия се структур и протекают процессы дифференциации вещества. Именно здесь наиболее ярко проявляются основные геологические процессы, в том числе и глубинные, которые через систему промежуточных образований появляются в поле зрения исследователей, что позволяет исследовать развитие планеты в целом.

Развитие Земли, включая все её геосферы, исследуемое с точки зрения её коры, в настоящее время описывается, по крайней мере, тремя фундаментальными общепланетарными концепциями, которые в силу их общности иногда называют парадигмами: геосинклинальной, мобилистской и синергетической.

движением океанических и континентальных блоков литосферы. Эти блоки перемещаются относительно друг друга по вертикали, что обусловлено законом Архимеда, переправлением оснований блоков, что приводит к выжиманию магмы в направлении более легких блоков и перемещению масс вещества по поверхности планеты. Существенный вклад в этот процесс вносит антиподальное расположение участков суши и моря по поверхности Земного шара, благодаря различной плотности этих субстанций, а также перемещению масс твердого вещества в морские бассейны.

На смену геосинклинальной концепции тектоники литосферных плит пришла мобилистская концепция, в основе которой лежит теория, предполагающая разделение верхней части земной коры на две оболочки, существенно отличающиеся по реологическим свойствам (вязкости) — жесткую и хрупкую литосферу и более пластичную и подвижную астеносферу. Литосфера подразделена на ограниченное число плит — в настоящее время семь крупных и столько же малых. Различают три типа взаимных перемещений между плитами:

• 1) дивергентные границы вдоль которых происходит раздвижение плит;
• 2) конвергентные границы, на которых идет сближение плит, обычно выражающиеся подвигом одной плиты под другую;
• 3) трансформные границы, вдоль которых происходит горизонтальнос скольжение одной плиты относительно другой по плоскости вертикального трансформного разлома. Основной причиной движения плит является мантийная конвекция, то есть плиты, находящиеся в вязком сцеплении с астеносферой, увлекаются последней и движутся на манер ленты конвейера. Согласно другим классификациям, в настоящее время различают десять плит среднего и большего размера и значительно больше «микроплит».

Согласно синергетической концепции, наша планета представляет многоярусную конвекционную систему типа конвекционной структуры Бенара (самопроизвольное скачкообразное образование шестиугольных ячеек, напоминающих пчелиные соты), в которой конвекция на одном уровне инициирует конвекцию на следующем, вышележащем уровне. Тому же эффекту соответствует образование ячеистых лавовых покровов. Причина появления ячеек объясняется необходимостью быстро рассеять избыточную энергию. С синергетической самоорганизацией связываются и изолинии рельефа, например, речная сеть или ландшафты в целом.

Основными элементами земной коры являются минералы и горные породы, формирование которых обуславливается основными геологическими процессами. Расположение природных тел в земной коре определяет структуру последней. Минералы являются физическими или химическими индивидуализированными продуктами земных химических реакций. Они состоят из химических молекул и являются природными химическими соединениями. Горные породы — это минеральные агрегаты, слагающие самостоятельные геологические тела, образующие земную кору. Число минералов не превышает трех тысяч, тогда как горных пород гораздо больше (на несколько порядков). Основными типами горных пород являются магматические, осадочные и метаморфические. Подсистемы в пределах земной коры наглядно проявляются, например, в континентальной её части. В континентальной коре выделяют две связанные между собой открытые стационарные циклические системы эволюции вещества: систему гранитного слоя и систему базальтового слоя.

Минералы и горные породы подвержены воздействию геологических процессов: эндогенных, происходящих внутри Земли, и экзогенных, представляющих собой результат взаимодействия литосферы с атмосферой, гидросферой и биосферой. Следует подчеркнуть, что в литосфере Земли имеет место глобальный круговорот вещества и энергии, включающий в себя следующие основные процессы: магмогенез (переправление вещества), тектогенез, орогенез (горообразование), денудацию (срез гор), седиментогенез (осадкообразование), метаморфизм (физико-химические превращения горных пород).

Особое значение в геологической картине мира должно быть уделено понятиям «геологическое время», «геологическое пространство», которые до сих пор находятся в стадии становления.

Геологическое время — это время действия геологических процессов. Земля возникла 4,66 млрд. лет назад, а земная кора начала формироваться 4,2−4,3 млрд. лет назад. Основные концепции геологического времени опираются на литологические, биостратиграфические, радиологические методы исследования геологических процессов.

Литологические и биостратиграфические концепции определяют относительное геологическое время через вычисление скорости осадконакопления, а также продолжительности жизни отдельных особей, видов, родов, отрядов животного и растительного царств (руководящие ископаемые). Радиологические — определяют абсолютное геологическое время (геохронология или радиогеохронология), устанавливая возраст осадочных и магматических образований на основе распада радиоактивных изотопов. Среди геохронологических подразделений выделяют: эои, эру, период, эпоху. Два основных эона — это криптозой (80% времени существования Земли от её возникновения) и фанерозой (последние 570 млн. лет). Криптозой разделяется на катархей, архей и протерозой, а фанерозой — на палеозой, мезозой и кайнозой, которые, в свою очередь, подразделяются на геологические периоды. Геологическое пространство связывают с наиболее крупными стратиграфическими подразделениями эонотемами (архейской, протерозойской и фанерозойской), с литосферными плитами, слоями внутреннего устройства Земли. Более мелкими пространственноструктурными образованиями являются, например фация — часть слоя, отличающаяся составом, набором органических остатков и строением от других частей этого же слоя. А также образования на стыке с другими науками, например геоморфологический рельеф.

В целом, геологические пространство и время, определяемые в настоящее время, могут быть использованы в геологической картине мира только частично, они еще не могут быть положены в основание системы координат для исследования геологических объектов. В то же время имеющиеся концепции геологических пространства и времени способствуют заданию вектора современных исследований и в дальнейшем, наверное, смогут играть в геологии роль, аналогичную их роли в физике. Современные представления о геологической картине мира опираются на две рассмотренные выше сложные саморазвивающиеся динамические системы: все сферы, образующие планету в целом, и подсистемы, обеспечивающие функционировать земной коры.

В настоящее время активно развивается геопланетарное почвоведение, опирающееся на признание фактов, которые позволяют сделать вывод о принципиально большей длительности почвообразования на Земле, чем это считалось до сих пор". Биологическая активность обнаружена в древних осадочных породах возрастом 3,5−3,8 млрд. лет. Это позволило говорить о крупнейшем вкладе микроорганизмов в биологизацию Земли и качественное изменение её атмосферы.

Геопланетарное почвоведение исходит из пространственной непрерывности почвенной оболочки Земли (педосферы), что позволяет рассмотреть взаимодействие геологической и биологической картин мира. Применительно к геологическим системам происходит их дополнение почвенным покровом, поскольку последний принимает активное участие в геологических процессах. Это позволяет поставить вопрос о взаимодействии различных научных картин мира, поскольку ни одна из этих картин не может существовать изолированно, и по мере последовательного их рассмотрения возникают сферы пересечения и взаимного влияния этих научных картин друг на друга.

Эксплицированные выше понятия позволяют также сказать геологическую картину мира с существованием «геологической реальности», включающей в себя состав, строение и историю развития земной коры и Земли, изучаемой и моделируемой геологией на основе используемых ею физических и химических методов исследования.