Наша Земля – это не просто шар из камня и почвы. Это сложная, многослойная структура, каждый слой которой состоит из уникальных минералов, формирующих ее облик и определяющих ее жизнь. Давайте отправимся в увлекательное путешествие, чтобы узнать, из каких "кирпичиков" построена наша планета.
Земная кора — внешняя твёрдая оболочка Земли, верхняя часть литосферы. Занимает менее 1% объёма планеты, её толщина — всего 1/200 земного радиуса – это самый внешний, тонкий и знакомый нам слой.
С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы. Именно здесь мы живем, строим города и добываем ресурсы.
Земную кору слагают осадочные, магматические и метаморфические горные породы.
Выделяют три слоя:
Осадочный — около 10–15 км осадочных пород (глина, известняк, песок, мел).
Гранитный — около 5–15 км метаморфических пород.
Базальтовый — около 10–35 км магматических пород.
Толщина земной коры в разных местах неодинакова: в океанах — 5–10 км, материковые части, в зависимости от рельефа, — от 30 до 80 км. Наибольшая толщина — в горах: например, под самыми высокими Гималаями — 70–80 км.
Кора делится на два типа:
Континентальная кора (материковая кора) — земная кора континентов, которая состоит из осадочного, гранитного и гранулит-базальтового пластов. Противопоставляется океанической коре, которая отлична по строению и составу. Более толстая и легкая, она составляет основу материков. Ее главные "строительные блоки" – это гранит и его разновидности.
Гранит – это магматическая порода, богатая кварцем, полевым шпатом (например, ортоклаз и плагиоклаз) и слюдой (биотит и мусковит), является основой континентальной коры. Эти минералы придают граниту его характерный зернистый вид и прочность. Континентальная кора покрывает около 40% поверхности земного шара, по объёму составляет около 70% от всей земной коры.
Континентальная кора имеет трёхслойное строение:
Верхний слой — прерывистый покров осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность.
Большая часть коры сложена верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов и гнейсов.
Ниже находится нижняя кора — слой из метаморфических пород — гранулитов и им подобных.
Средняя толщина континентальной коры — 35–45 км. Максимальная — до 75 км (под горными массивами).
На континентальных окраинах (на шельфе) и в областях рифтогенеза толщина уменьшается до 25–30 км, в областях горообразования — возрастает до 45–75 км.
Океаническая кора — тип земной коры, распространённый в океанах. От континентов кора океанов отличается меньшей мощностью (толщиной) и базальтовым составом. Ее основа – базальт, темная, плотная магматическая порода, состоящая в основном из плагиоклаза и пироксенов (например, авгит).
Базальт образуется при извержении лавы из недр Земли. Базальт — излившаяся вулканическая горная порода основного состава (с содержанием кремнезёма 44–53%).
Цвет — чёрный с различными оттенками (до бурого — при окислении железа).
Структура — афировая (равномернозернистая) или порфировая (среди основной мелкокристаллической массы визуально выделяются крупные кристаллы-вкрапленники).
Текстура — массивная, нередко пористая или пузыристая.
Часто при застывании базальтовой лавы и её растрескивании образуется столбчатая или шаровая (в случае излияний в подводных условиях) отдельность.
Помимо основных пород, в коре встречается огромное разнообразие других минералов, таких как:
Кварц — широко распространённый минерал класса оксидов, химическая формула — SiO2. Главный минерал семейства кремнезёма, один из самых распространенных минералов на Земле, встречается в гранитах, песчаниках и многих других породах.
Кварц кристаллизуется из магматических расплавов, горячих водных растворов (гидротерм), флюидов, поствулканических вод. Типичный минерал гранитоидов, пегматитов, грейзенов, гидротермальных жил и др.. Главный компонент многих метаморфических пород (кварциты, кристаллические сланцы) и осадочных пород (кварцевые пески, песчаники и др.).
Кварц встречается как самостоятельный минерал в виде одиночных кристаллов и их сростков, а также входит в состав горных пород.
Полевые шпаты (от нем. Feldspat) — группа наиболее распространённых породообразующих минералов класса силикатов. Относятся к природным алюмосиликатам каркасной структуры.
Состав: содержат натрий, кальций, калий и барий (как правило, один из этих элементов), всегда алюминий, кремний и кислород.
Распространение: полевые шпаты составляют около 50% от массы земной коры. Разновидности встречаются в большинстве горных пород различного происхождения.
Группа минералов, составляющих значительную часть земной коры. Они придают породам различные оттенки и свойства.
Слюды — семейство (группа) породообразующих минералов класса силикатов, обладающих слоистой структурой. Основа кристаллической структуры — слои из двух тетраэдрических сеток и расположенных между ними октаэдрических сеток, разделяющиеся межслоевыми катионами.
Слюды — один из наиболее распространённых породообразующих минералов интрузивных, метаморфических и осадочных горных пород, а также важное полезное ископаемое. Минералы, которые легко расщепляются на тонкие пластинки, придавая породам блеск.
Амфиболы и пироксены — это две группы минералов, которые имеют некоторые отличия.
Пироксены — большая группа минералов в основном магматических горных пород. Общие признаки: тёмная окраска (чаще всего буровато и зеленовато-чёрная, иногда тёмно-зелёная), стеклянный блеск и значительная твёрдость (5–7). Форма кристаллов призматическая, таблитчатая, короткостолбчатая, иногда шестоватая и длиннопризматическая.
Амфиболы по свойствам близки к пироксенам. Их кристаллы также имеют вытянутые вдоль лент и цепочек формы, но у амфиболов, в большинстве случаев, более вытянутые — до волокнистых и асбестовидных. Отчетливо выраженные кристаллы у амфиболов встречаются реже, чем у пироксенов. Более сильно у амфиболов проявляется стеклянный блеск. У них лучше, чем у пироксенов, выражена совершенная спайность, угол спайности при этом у амфиболов тупой (124°) или острый (56°).
Главное отличие пироксенов от амфиболов — угол между плоскостями спайности, приближающийся к прямому (87°), у амфиболов он 124°.
Группы минералов, часто встречающиеся в базальтах и других магматических породах.
Оливин — породообразующий минерал, магнезиально-железистый силикат с формулой (Mg,Fe)2[SiO4]. Название получил за оливково-зелёный цвет многих разновидностей.
Цвет: от желтовато-зелёного и оливкового до тёмно-зелёного, коричневого и почти чёрного. Наиболее тёмной окраской отличается железистая разновидность (фаялит). Примеси никеля и хрома придают зелёному цвету яркость и насыщенность.
Форма: образует столбчатые и таблитчатые кристаллы. Обычно встречается в виде вкраплённости в горных породах и зернистых агрегатах.
Минерал, характерный для мантии, но также встречающийся в базальтах.
Глинистые минералы — группа минералов, преимущественно природных силикатов, слагающих основную массу глинистых отложений и большей части почв. По кристаллической структуре относятся к слоистым или псевдослоистым силикатам. Размеры частиц минералов в глинах большей частью не превышают 0,01 мм. Образуются в результате выветривания других минералов, играют важную роль в почвообразовании.
Под корой находится мантия – самый объемный слой Земли, простирающийся на глубину около 2900 километров.
Мантия состоит в основном из силикатных минералов, богатых железом и магнием. Температура и давление здесь настолько высоки, что минералы находятся в пластичном, вязком состоянии, медленно перемещаясь.
Основные минералы мантии:
Оливин (форстерит) — главный компонент верхней мантии Земли. В мантийных перидотитах содержится от 40 до 98% оливина. Оливин — породообразующий минерал, магнезиально-железистый силикат. Это минерал зеленого цвета, богатый магнием и железом.
Пироксены — группа важнейших породообразующих минералов класса силикатов. Относятся к цепочечным силикатам.
Структура: основу кристаллической структуры составляют пироксеновые цепочки из кремнекислородных тетраэдров, соединённых через два общих атома кислорода.
Форма кристаллов: образуют столбчатые, призматические, игольчатые кристаллы, шестоватые и радиально-лучистые агрегаты, сливные спутанно-волокнистые и сплошные зернистые массы, вкрапленность в горных породах.
Цвет: от белого (у безжелезистых пироксенов) до чёрного, большинство имеет зелёный цвет различных оттенков.
Блеск: обычно стеклянный.
Твёрдость: по шкале Мооса 5–6.
Плотность: 3,0–3,6 г/см³.
Гранаты (от лат. granatum — «с зёрнами») — группа минералов класса силикатов. Название дано по внешнему сходству кристаллов с зёрнами плодов гранатового дерева, которые могут образовываться при высоких давлениях, характерных для мантии.
Шпинель — минерал класса оксидов, смешанный оксид магния и алюминия (химическая формула — MgAl2O4), также встречающийся в мантии. Цвета: шпинель может быть окрашена минеральными примесями в различные цвета: розовый, красный, зелёный, синий, фиолетовый, чёрный.
На границе мантии и ядра, где давление еще выше, силикатные минералы претерпевают фазовые переходы, образуя новые минеральные формы, такие как:
Бриджманит (bridgmanite) — минерал, который встречается в нижних слоях мантии Земли, самый распространенный минерал на Земле, но встречается только в мантии.
Перовскит — минерал класса оксидов, титанат кальция, образующийся при экстремальных давлениях. Форма кристаллов: кубическая (псевдокубическая), грани кубов иссечены короткими штрихами, параллельными рёбрам. Нередко кристаллы спаяны по граням кубов. Цвет: в зависимости от примесей — чёрный, серовато-чёрный, красновато-бурый, тёмно-жёлтый. Перовскит светлых цветов прозрачен.
В самом центре Земли находится ядро – раскаленный, плотный шар, состоящий в основном из железа и никеля.
Ядро делится на две части:
Внешнее ядро находится в жидком состоянии. Его движение создает магнитное поле Земли. Состоит в основном из жидкого железа с примесями никеля и, возможно, легких элементов, таких как сера или кислород. Эти легкие элементы, растворенные в железо-никелевом сплаве, снижают температуру плавления, позволяя внешнему ядру оставаться жидким даже при таких экстремальных условиях. Именно конвективные потоки в этом жидком металле, подобно гигантскому генератору, порождают геомагнитное поле, которое защищает нас от губительного солнечного ветра.
Внутреннее ядро твердое, несмотря на огромную температуру, из-за колоссального давления. Состоит в основном из твердого железа и никеля. Здесь давление настолько велико, что атомы железа и никеля упакованы в плотнейшую кристаллическую решетку, не позволяя им перейти в жидкое состояние. Внутреннее ядро, по сути, представляет собой гигантский металлический кристалл, медленно растущий за счет охлаждения внешнего ядра. Его температура сопоставима с температурой поверхности Солнца, но оно остается твердым благодаря невероятному давлению, достигающему миллионов атмосфер.
Минералы – это не просто статичные компоненты нашей планеты. Они являются живым свидетельством миллиардов лет геологической истории. Процессы формирования, трансформации и разрушения минералов, происходящие под воздействием температуры, давления, химических реакций и тектонических движений, создают невероятное разнообразие геологических явлений. От кристаллических структур кварца в гранитах континентальной коры до экзотических минералов, рождающихся в недрах мантии под колоссальным давлением, каждый минерал несет в себе информацию о тех условиях, в которых он образовался. Изучение минерального состава Земли позволяет нам не только понять ее внутреннее строение, но и реконструировать ее прошлое, отслеживая пути эволюции нашей планеты и ее динамические процессы. Это непрерывное путешествие в мир минералов открывает нам все новые и новые грани нашей удивительной Земли. Каждый минерал, будь то мельчайшая частица в горной породе или крупный кристалл, является продуктом определенных геологических процессов. Образование гранита, основного компонента континентальной коры, происходит в результате медленного остывания магмы на больших глубинах. В процессе этого остывания атомы кремния, кислорода, алюминия, калия и других элементов, присутствующих в расплаве, начинают упорядочиваться, формируя характерные кристаллические решетки кварца, полевых шпатов и слюд. Эти минералы, в свою очередь, определяют прочность, цвет и текстуру гранита.
Базальт, формирующий океаническую кору, образуется при более быстром остывании магмы, изливающейся на дно океана. Быстрое охлаждение приводит к образованию более мелких кристаллов плагиоклаза и пироксенов, придавая базальту его плотную, мелкозернистую структуру. В мантии же, под воздействием колоссальных температур и давлений, минералы, такие как оливин, претерпевают фазовые переходы, превращаясь в более плотные формы, например, бриджманит. Эти трансформации минералов являются прямым отражением динамических процессов, происходящих в недрах Земли, и позволяют ученым изучать ее внутреннее строение и эволюцию.