Из каких элементов состоит земная кора: 1.Из каких крупных элементов состоит земная кора? 2)Какие из этих элементов относительно

Содержание

Из каких элементов состоит земная кора?

Прежде чем говорить о том, из чего состоит земная кора, можно вспомнить, что предположительно является составляющими частями всего земного шара. Предположительно – потому что человек еще не смог проникнуть глубже этой земной коры в центр земли. Даже всю толщину коры еще смогли только «ковырнуть».

Ученые предполагают, строят гипотезы на основе законов физики, химии и прочи наук, и согласно с этими данными мы имеем определенную картину строения всей планеты, а также того, из каких крупных элементов состоит земная кора. География 6-7 классов подает ученикам именно эти теории в облегченном для незрелых умов виде.

Благодаря малой доле данных и большому багажу различных законов, таким же образом строятся модели планет солнечной системы, и даже звезд, находящихся далеко от нас. Что из этого следует? Главным образом то, что вы имеете абсолютное право во всем этом сомневаться.

Слои планеты Земля

Помимо того что земная кора состоит из слоев, вся земля также состоит из трех слоев. Этакий слоеный кулинарный шедевр. Первый из них – ядро; в нём имеется твердая часть и жидкая часть. Именно перемещение жидкой части в ядре, предположительно, создает магнитное поле Земли. Здесь жарковато – температура достигает значений до 5000 градусов Цельсия.

Вторым слоем земли является мантия. Она связывает между собой ядро и земную кору. Мантия также имеет несколько слоев, а именно три, и верхним, прилегающим к земной коре, является магма. Она имеет прямое отношение к вопросу, из каких крупных элементов состоит земная кора, так как гипотетически именно по ней «плавают» эти самые крупные элементы. Про ее существование можно говорить с более-менее высокой долей вероятности, так как при извержении вулканов именно это раскалённая субстанция выходит на поверхность, уничтожая при этом все растительное и животное, которое находится на склоне вулкана.

И, наконец-то, третий слой земли – это земная кора: твердый слой планеты, находящийся снаружи от горячих «внутренностей» Земли, по которому мы привыкли ходить, путешествовать и жить в целом. Толщина земной коры, по сравнению с остальными двумя слоями земли, ничтожно мала, но тем не менее можно охарактеризовать, из каких крупных элементов состоит земная кора, а также разобраться в ее составе.

Какие слои характерны для земной коры. Ее главные химические элементы

Земная кора тоже состоит из слоев – имеется базальтовый, гранитный и осадочный. Интересно то, что в химическом составе земной коры 47% занимает кислород.

Вещество, по сути, являющееся газом, вступает в соединения с другими элементами и создает твердую корку. Прочие элементы в данном случае – это кремний, алюминий, железо и кальций; остальные элементы присутствуют в мельчайших долях.

Деление на части по толщине в разных районах

Уже было сказано, что земная кора намного тоньше нижней мантии или ядра. Если подойти к вопросу, из каких крупных элементов состоит земная кора, именно по отношению толщины, можно разделить ее на океаническую и материковую. Эти две части значительно различаются по своей толщине, причем океаническая примерно в три раза, а местами и в десять раз (если говорить о средних показателях) тоньше, чем материковая.

Чем еще отличаются между собой материковая и океаническая земная кора

Кроме того, зоны суши и океанов различаются по слоям. В разных источниках указывают разные данные, приведем один вариант. Так, по этим данным, материковая земная кора состоит из трех слоев, среди которых имеется базальтовый слой, гранитный слой и слой осадочных пород. Равнины земной материковой коры достигают толщиной 30-50 км, в горах эти показатели могут подняться до 70-80 километров. По данным того же источника, океаническая земная кора состоит из двух слоев. Выпадает гранитный шар, оставляя лишь верхний осадочный и нижний базальтовый. Толщина земной коры в районе океанов примерно от 5-ти до 15-ти километров.

Упрощенные и усредненные данные в качестве базиса для обучения

Это самые общие и упрощенные описания, ведь ученые постоянно работают над изучением особенностей окружающего мира, и последние данные свидетельствуют о том, что земная кора в разных местах имеет структуру, которая гораздо сложнее привычной стандартной схемы земной коры, изучаемой нами в школе. Вот многих местах материковой коры, например, присутствует еще один слой – диоритовый.

Интересно также то, что эти слои не являются идеально ровными, как это схематически изображают в географических атласах или в других источниках. Каждый слой может вклиниваться в другой, или замешиваться в каком-нибудь разрезе. Идеальной модели схемы земли не может быть в принципе, по той же причине, по которой происходят извержения вулканов: там, под земной корой, что-то постоянно находится в движении и имеет очень высокие температуры.

Все это можно узнать, если связать свою жизнь с науками геологией и геофизикой. Можно попытаться следить за научными продвижениями посредством научных журналов и статей. Но без определенного багажа знаний это может оказаться весьма сложным занятием, потому и существует некий базис, который преподается в школах без каких-либо объяснений, что это всего лишь примерная модель.

Предположительно, земная кора состоит из «кусочков»

Учеными еще в начале 20 века была выдвинута теория, что земная кора не является монолитной. Следовательно, можно узнать, из каких крупных элементов состоит земная кора согласно этой теории. Предполагается, что литосфера – это семь крупных и несколько мелких плит, которые медленно плавают по поверхности магмы. Эти движения создают катастрофического рода явления, которые происходят на нашей земле с большой интенсивностью в определенных местах. Существуют области между литосферными плитами, которые имеют названия «сейсмические пояса». Именно в этих областях наивысший уровень беспокойности, если можно так сказать. Землетрясение и все вытекающие последствия этого – одно из ярких признаков, которое демонстрирует движения литосферных плит.

Влияние перемещений литосферных плит на образование рельефа

То, из каких крупных элементов состоит земная кора, какие подвижные части более устойчивые, а какие более подвижные, на протяжении всего создания земного рельефа влияло на его образование. Строение литосферы и характеристика сейсмического режима распределяют всю литосферу на устойчивое площади и подвижные пояса. Первые характеризуются равнинными плоскостями без огромных впадин, возвышенностей и подобных рельефных вариаций. Их еще называют абиссальными равнинами. В принципе, это является ответом на вопрос, из каких крупных элементов состоит земная кора, какие устойчивыми коренными объектами образована. В земной коре литосферные плиты лежат в основе всех материков. Границы этих плит легко просматривается по зонам образования гор, а также по степени интенсивности землетрясений. Самыми активными местами в нашей планете, где находятся очаги землетрясений и множество активных вулканов, являются места расположения Японии, островов Индонезии, Алеутских островов, южноамериканского побережья Тихого океана.

Континенты больше, чем мы привыкли думать?

То есть, попросту говоря, из чего состоит земная кора, так это из кусков литосферы, которые в большей или меньшей мере передвигаются по магме. И не всегда границы этих «кусков» совпадают с границами материков. Технически, они чаще никогда не совпадают. Кроме того, мы привыкли слышать, что на океаны приходится примерно 70% поверхности, а материковая составляющая — всего 30%. В географическом плане так и есть, но вот что занятно – в плане геологии на материки приходится около 40%. Десяток процентов континентальной коры покрыто морскими и океаническими водами.

Из чего состоит земная кора?

В 80-х годах прошлого столетия американский ученый Кларк задался целью определить средний химический состав земной коры. Для этого он собрал все химические анализы известных в его время горных пород и вывел из них среднее. Конечно, Кларк знал, что различные горные породы, рыхлые и мягкие, подобные песку или глине, и твердые, вроде гранита или базальта, распространены на поверхности Земли весьма неравномерно: некоторые горные породы слагают большие участки земной поверхности, другие же встречаются редко и только в виде маленьких пятен. Например, больше половины площади Канады, почти вся Швеция и вся Финляндия покрыты сплошными выходами на земную поверхность гранитов. Огромные площади слагают граниты и сходные с ними горные породы в Африке, Южной Америке, Индии, Австралии и в других местах. В то же время существуют такие горные породы (например, щелочные, содержащие повышенные количества калия или натрия), которые можно найти на поверхности Земли лишь в виде отдельных мелких пятен, общая площадь которых для всех материков не превысит нескольких сотен тысяч квадратных километров.

Но Кларк, делая свои подсчеты, исходил из предположения, что чем чаще та или иная горная порода встречается на земной поверхности, тем больше образцов ее подвергалось химическому анализу и что поэтому относительное число химических анализов для каждой горной породы достаточно хорошо отражает относительную распространенность пород на поверхности.

Впоследствии многие ученые указывали на то, что это смелое предположение Кларка не может считаться правильным: некоторые наиболее редкие горные породы подвергались химическим исследованиям непропорционально часто именно потому, что из-за своей редкости и необычности они больше привлекали внимание геологов. Как показали более поздние исследования, данные, полученные Кларком, как средние из 6000 анализов, для наиболее распространенных химических элементов оказались все же близкими к истине. Величины же, которые он получил для менее распространенных элементов, в дальнейшем были значительно изменены. Чтобы отметить заслугу Кларка, впервые познакомившего нас, хотя бы приблизительно, с общим химическим составом земной поверхности, ученые условились называть процентное содержание элемента в земной коре «кларком» этого элемента. Таблица Кларка была опубликована в 1889 г.

Финский геолог Седерхольм сделал попытку вычислить средний химический состав земной коры, учитывая относительный размер площади, занимаемой каждой горной породой. Он не мог этого сделать для всего земного шара и ограничил свои подсчеты лишь территорией Финляндии. Расхождение с данными Кларка получилось довольно большим. Так, например, среднее содержание кремнезема (SiO2) в горных породах Финляндии у Седерхольма получилось равным 67,70%, тогда как у Кларка среднее содержание кремнезема в породах всего мира было равно 60,58%. Напротив, содержание глинозема (Al2O3), полуторной окиси железа (Fe2O3), окисей кальция (CaO), магния (MgO), натрия (Na2O) оказалось значительно меньшим, чем это предполагал Кларк.

С тех пор многие крупные ученые занимались уточнением данных о химическом составе земной коры: за границей — Вашингтон, Фохт, И. и В. Ноддаки, Гольдшмидт, Гевеши и др., в нашей стране — В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, В. Г. Хлопин, А. П. Виноградов и др. Особенно точные таблицы кларков всех элементов были составлены советским академиком А. Е. Ферсманом.

В таблице приведено содержание (в весовых процентах) элементов, наиболее распространенных в земной коре. Их здесь всего 12; остальные 80 элементов образуют ничтожную долю веса земной коры.

Средний состав земной коры (по А. Е. Ферсману)

Весовые проценты

O — 49,13

Ca — 3,25

H — 1,00

Si — 26,00

Na — 2,40

Ti — 0,61

Al — 7,45

К — 2,35

C — 0,35

Fe — 4,20

Mg — 2,35

Cl — 0,20

Действительно, если бы мы привели кларки всех элементов, то первое, что бросилось бы нам в глаза, это неравномерность их распространения. Количество кисло рода, наиболее распространенного элемента, достигает 49,13% (по весу), а протактиния всего 7∙10-11 %. Самые распространенные элементы имеют кларки в миллиарды раз более высокие, чем наиболее редкие элементы. Эта неравномерность распространения химических элементов может быть иллюстрирована и по-другому. Если мы расположим элементы в порядке убывания их кларков, то увидим, что первые три элемента (кислород, кремний и алюминий) составляют по весу 82,58%, первые девять элементов составляют уже 98,13%, а первые двенадцать — 99,29%. То же самое можно выразить и графически.

Итак, мы видим, что земная кора по весу почти наполовину состоит из кислорода, приблизительно на четверть — из кремния, на тринадцатую часть — из алюминия, на двадцать четвертую часть — из железа и т. д. Принимая во внимание большие размеры атомов кислорода, можно сказать, что земная кора как из кирпичей построена из атомов кислорода и только в промежутках между ними, как бы цементируя их, расположены другие элементы.

По среднему содержанию элементов нетрудно рассчитать их абсолютные массы, содержащиеся в том или ином объеме, отвечающем по своему составу среднему составу земной коры. Так, можно определить, что в 1 км3 горных пород будет в среднем содержаться: железа 130 ∙ 106 т, алюминия 230 ∙ 106 т, меди 260 000 т, олова 100 000 т и т. д.

Элементы, слагающие земную кору, находятся в разнообразных соединениях между собой. Эти соединения, образовавшиеся в результате природных процессов, называются минералами. Всего известно несколько тысяч минералов, но наибольшим распространением пользуются лишь несколько десятков их. Здесь мы опять видим такую же диспропорцию в распространении различных минералов, как и в распространении отдельных элементов.

Преобладание в земной коре кислорода, кремния и алюминия определяет то, что большая часть минералов относится к разряду силикатов и алюмосиликатов, т. е. является солями кремневых и алюмо — кремневых кислот. Кроме того, среди минералов распространены сульфиды, сульфаты и окислы.

Примером алюмокремневой кислоты (не существующей в свободном виде), служит соединение H2Al2Si2O8, или (если написать в форме комбинации окислов) H2O ∙ Al2O3 ∙ 2SiO2. Среди кремневых кислот выделяют: ортокремневую кислоту H4SiO4, или 2H2O ∙ SiO2, и метакремневую кислоту H2SiO3, или H2O ∙ SiO2.

При замещении водорода алюмокремневой кислоты калием, натрием или кальцием получаются минералы, называемые полевыми шпатами. Примером полевого шпата является минерал ортоклаз, имеющий состав К2О ∙ Al2O3 ∙ 6SiO2.

Водные алюмосиликаты образуют различные слюды, как светлые (содержащие калий или натрий), так и темные (с магнием и железом). Например, светлая слюда или мусковит имеет состав: К2О ∙ 3Al2O3 ∙ 6SiO2 ∙ 2H2O.

При замещении водорода кремневых кислот магнием железом и кальцием получаются темноцветные минералы — оливины, пироксены и амфиболы.

Статистика показывает, что наиболее распространены среди минералов в земной коре полевые шпаты (55,0%). Мета — и орто-силикаты образуют 15%, а кварц (SiO2) — 12%. Среди других минералов относительно распространены слюды (3%) и магнетит (Fe3O4) совместно с гематитом (Fe2O3) (3%). Остальных минералов в составе земной коры значительно меньше. Большинство минералов имеет кристаллическое сложение.

Минералы в земной коре распределены не беспорядочно. Они группируются в некоторые естественные ассоциации, образующие так называемые горные породы. Породой является, например, гранит, характеризующийся определенной ассоциацией минералов, среди которых преобладают полевые шпаты, кварц, и слюды. Встречаются породы, состоящие почти или полностью из одного минерала. Таков, например, кварцит, состоящий почти целиком из кварца, или мрамор, сложенный почти исключительно одним кальцитом. Чаще, однако, в породе участвует несколько минералов, более или менее равномерно распространенных в ней в определенном количественном взаимоотношении.

Породы, слагающие земную кору, разделяются на группы в зависимости от их происхождения. В большей своей части земная кора сложена горными породами магматического происхождения, образовавшимися в результате внедрения в земную кору с глубины или излияния на поверхность и застывания расплавленных каменных масс. В эту группу входят многие горные породы: гранит, базальт, андезит, диорит и др.

На несколько процентов земная кора сложена осадочными горными породами, образовавшимися в результате осаждения и накопления минерального материала на поверхности Земли, преимущественно на дне морских бассейнов, но также на дне озер, речных потоков, в болотах и просто на поверхности суши.

Наконец, в земной коре распространены метаморфические горные породы, представляющие собой результат химического и физического изменения осадочных пород под влиянием высокой температуры и большого давления. Такие изменения осадочные горные породы претерпевают там, где они опустились на большую глубину при прогибании земной коры и, будучи погребены под тяжелыми толщами более поздних пород, оказались в зоне высоких температур и под большим давлением. Кроме того, метаморфические породы образуются в тех местах, где расплавленная магма внедряется в осадочные породы и воздействует на них своей температурой, а также химически.

Принадлежность горной породы к той или иной генетической группе кладет отпечаток на ее минералогический состав и внутреннее сложение.

Горные породы магматического происхождения в свою очередь делятся на породы внедрившиеся, или интрузивные, и породы, излившиеся, или эффузивные. Внедрившиеся горные породы представляют собой результат застывания расплавленного минерального вещества на той или иной глубине под поверхностью Земли. Мы можем их видеть только после того, как размывом будут уничтожены вышележащие горные породы и массив внедрившейся породы (так называемая интрузия) обнажится на поверхности. Внедрившиеся горные породы характеризуются, как правило, плотным крупнокристаллическим сложением, причем размеры кристаллов разных минералов обычно близки по своему размеру: от 0,2 до 1 см. Типичной горной породой этой группы является гранит — вообще наиболее распространенная порода среди внедрившихся.

Излившиеся горные породы, среди которых наиболее распространен базальт, характеризуются либо стекловатым, аморфным сложением, либо тонкокристаллическим, образовавшимся в результате раскристаллизации с течением времени вулканического стекла. Быстрое застывание после излияния на поверхность мешает образованию в излившихся породах крупных кристаллов.

По своему составу магматические горные породы, внедрившиеся и излившиеся, делятся на кислые, средние, основные и ультраосновные в зависимости от содержания в них кремнезема.

В кислых породах кремнезема более 65%, в средних — от 52 до 65 %, в основных — от 40 до 52 %, а в ультраосновных — меньше 40%. Интересно, что среди внедрившихся горных пород резко преобладает кислая порода — гранит, тогда как среди излившихся господствует основная порода базальт. Средние породы распространены относительно мало. Обычно выделяют также щелочные породы, обогащенные калием и натрием.

Осадочные горные породы разделяются обычно на три генетические группы: обломочные, органогенные и химические. Первые из них представляют собой продукты механического разрушения других пород, перемещения и переотложения их обломков. Иногда (например, в брекчиях и галечниках) мы имеем дело с накоплением крупных обломков, оставшихся угловатыми или подвергшихся окатыванию. В других случаях обломочная горная порода сложена мелкими обломками минералов, как в песчанике. Наконец, часто обломки минералов оказываются истертыми в крайне тонкую массу, образующую после своего переотложения водой глину. Минералогический состав обломочных пород зависит от состава исходной горной породы, а также от прочности отдельных минералов, от их сопротивляемости перетиранию и растворению во время переноса. Поскольку наиболее прочным минералом, из числа широко распространенных, является кварц, значительная часть обломочных пород состоит из крупных или мелких обломков кварца.

Органогенные осадочные породы образованы накоплением остатков организмов. Главную роль при этом играют скелеты организмов. У морских организмов они бывают преимущественно известковыми; это — раковины, членики, оболочки, иглы и т. л. Из накопления известковых скелетов организмов образуются известняки. Остатки некоторых организмов имеют иной состав: кремнистый, фосфатный, железистый и др. В соответствии с этим органогенные породы имеют различный состав, наряду с известняками встречаются кремнистые диатомиты и опоки, фосфориты и др.

К органогенным осадочным породам относятся также угли, горючие сланцы и нефть, представляющие собой продукты преобразования в земле остатков растительного и животного мягкого вещества.

Породы химические в своем образовании связаны преимущественно с химическим осаждением солей из водных растворов. Из насыщенных растворов, встречающихся в некоторых озерах и морских лагунах, выпадают поваренная соль, гипс, кальцит, сульфатные и хлорные соли магния, кальция, калия, а также различные соли сложного состава.

Метаморфические горные породы образуются при соприкосновении в земной коре осадочных горных пород с расплавленной магмой. Они возникают также в глубоких зонах земной коры, где повсеместно господствует высокая температура. Явлению метаморфизма способствует одновременное смятие горной породы или ее растрескивание под влиянием давления, действующего в земной коре. У метаморфических пород в зависимости от степени метаморфизма обнаруживается состав, промежуточный между осадочными и магматическими породами. При сильном нагревании осадочной породы и при воздействии на нее давления происходит прежде всего перекристаллизация породы. Аморфные составные части переходят в. кристаллическое состояние, мелкие кристаллы объединяются и укрупняются. Типичным примером является превращение известняка в мрамор — плотную крупнокристаллическую кальцитовую породу.

При перекристаллизации происходит перегруппировка некоторых ионов и образование новых соединений, ранее в осадочной породе отсутствовавших. Так, например, при метаморфизации известняка, содержащего примесь кварца (обычно в виде песчинок или в виде кремневых включений), нередко образуется минерал волластонит — силикат кальция (CaSiO3).

Из магмы, действующей на осадочную породу, выделяются газы и жидкости, которые, проникая в окружающие породы, могут вызвать в них различные химические изменения. В этих условиях осадочная порода может, например, подвергнуться окварцеванию, т. е. пропитаться кварцем, когда газы или растворы приносят кремнезем.

Давление, развивающееся в земной коре под влиянием тектонических сил (см. ниже), сминает горные породы. В результате породы часто приобретают сланцеватое строение — разделяются на тонкие параллельные пластинки или плитки. Этот процесс обычно сопровождается образованием новых плоских минералов (слюды, хлорита и др.). Так образуются различные метаморфические сланцы.

Следует сказать несколько слов о рудных минералах. Так называются минералы, в которых содержание тех или иных металлов достаточно для практически выгодного их выделения. Железная руда — это минералы с достаточно высоким содержанием железа, молибденовая руда — минералы с достаточно высоким содержанием молибдена и т. д. Процентное содержание металла, требуемое, чтобы данный минерал считался рудой, чрезвычайно различно для разных металлов, а также для разных условий залегания их в земной коре. В некоторых случаях добыча производится там, где содержание нужного металла в руде измеряется небольшими долями процента, в других случаях нужны десятки процентов содержания металла, чтобы руда привлекла внимание геологов. Меняются требования к качеству руды и по мере того, как совершенствуется техника ее добычи и обогащения.

По своему химическому составу рудные минералы бывают весьма различны: многие из них принадлежат к группе сульфатов (например, реальгар HgS — руда ртути), другие являются окислами (например, гематит Fe2O3 — руда железа), силикатами, карбонатами или имеют сложный состав.

Помимо химического состава рудных минералов, крайне важна концентрация большого числа их внутри того или иного объема горных пород. Если единичные рудные минералы рассеяны в большом объеме горной породы далеко друг от друга, то добыча таких минералов крайне невыгодна или просто невозможна. Другое дело, если они расположены тесно, густой массой, и их сравнительно нетрудно добыть в большом количестве, сооружая шахты и штольни. Скопления рудных минералов, которые выгодно разрабатывать, называются рудными месторождениями.

Скопления рудных минералов (рудные месторождения) образуются в земной коре разными способами. Многие из них возникают при подъеме с глубины магматических горных пород и сопровождающих их горячих водных растворов, другие сосредоточены в осадочных горных породах, третьи встречаются в породах метаморфических. В дальнейшем, при рассмотрении процессов, развивающихся в земной коре, мы кратко расскажем и об условиях образования рудных и других полезных ископаемых.

Источник: В.В. Белоусов. Земля, ее строение и развитие. Издательство Академии наук СССР. Москва. 1963

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Химический состав земной коры

Химический состав земной коры был определен по результатам анализа много­численных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин.

В настоящее время земная кора изучена на глубину до 15—20 км. Она состоит из химических элементов, которые входят в состав горных пород.

Наибольшее распространение в земной коре имеют 46 элемен­тов, из них 8 составляют 97,2—98,8 % ее массы, 2 (кислород и кремний) —75 % массы Земли.

Первые 13 элементов (за исключением титана), наиболее час­то встречающиеся в земной коре, входят в состав органического вещества растений, участвуют во всех жизненно необходимых процессах и играют важную роль в плодородии почв. Большое количество элементов, участвующих в химических реакциях в нед­рах Земли, приводит к образованию самых разнообразных со­единений. Химические элементы, которых больше всего в лито­сфере, входят в состав многих минералов (из них в основном со­стоят разные породы).

Отдельные химические элементы распределяются в геосферах следующим образом: кислород и водород заполняют гидросферу; кислород, водород и углерод составляют основу биосферы; кисло­род, водород, кремний и алюминий являются основными компо­нентами глин и песчаных пород или продуктов выветривания (они в основном составляют верхнюю часть коры Земли).

Химические элементы в природе находятся в самых различных соединениях, называемых минералами. Это однородные химичес­кие вещества земной коры, которые образовались вследствие сложных физико-химических или биохимических процессов, например каменная соль (NaCl), гипс (CaS04*2h30), ортоклаз (K2Al2Si6016).

В природе химические элементы принимают неодинаковое участие в образовании разных минералов. Например, кремний (Si) входит в состав более 600 минералов, а также очень распро­странен в форме окисей. Сера образует до 600 соединений, каль­ций—300, магний —200, марганец—150, бор — 80, калий — до 75, соединений лития известно только 10, а йода — еще меньше.

Среди наиболее известных минералов в земной коре преобладает большая группа полевых шпатов с тремя основными элементами — К, Na и Са. В почвообразующих породах и продук­тах их выветривания полевые шпаты занимают основное положе­ние. Полевые шпаты постепенно выветриваются (распадаются) и обогащают почву на К, Na, Са, Mg, Fe и другие зольные вещест­ва, а также микроэлементы.

Вещественный состав Земли | Образовательный геологический сайт Юрия Попова

Вещественный состав мантии и ядра Земли
Вещественный состав земной коры

Вещественный состав мантии и ядра Земли

О вещественном составе глубинных зон прямых данных практически нет. Выводы базируются на геофизических данных, дополняемых результатами экспериментов и математического моделирования. Существенную информацию несут метеориты и фрагменты верхнемантийных пород, выносимые из недр глубинными магматическими расплавами.

Валовый химический состав Земли очень близок к составу углистых хондритов – метеоритов, по составу близких первичному космическому веществу, из которого формировалась Земля и другие космические тела Солнечной системы. По валовому составу Земля на 92% состоит всего из пяти элементов (в порядке убывания содержания): кислорода, железа, кремния, магния и серы. На все остальные элементы приходится около 8%.

Однако в составе геосфер Земли перечисленные элементы распределены неравномерно — состав любой оболочки резко отличается от валового химического состава планеты. Это связано с процессами дифференциации первичного хондритового вещества в процессе формирования и эволюции Земли.

Основная часть железа в процессе дифференциации сконцентрировалась в ядре. Это хорошо согласуется и с данными о плотности вещества ядра, и с наличием магнитного поля, с данными о характере дифференциации хондритового вещества, и с другими фактами. Эксперименты при сверхвысоких давлениях показали, что при давлениях достигаемых на границе ядра и мантии, плотность чистого железа близко к 11 г/см3, что выше фактической плотности этой части планеты. Следовательно, во внешнем ядре присутствует некоторое количество лёгких компонентов. В качестве наиболее вероятных компонентов рассматриваются водород или сера. Так расчёты показывают, что смесь 86% железа + 12% серы + 2% никеля соответствует плотности внешнего ядра и должна находится в расплавленном состоянии при Р-Т условиях этого участка планеты. Твёрдое внутреннее ядро, представлено никелистым железом, вероятно, в соотношении 80% Fe + 20% Ni, что отвечает составу железных метеоритов.

Для описания химического состава мантии к сегодняшнему дню предложено несколько моделей (табл.). Несмотря на имеющиеся между ними различия, всеми авторами принимается, что примерно на 90% мантия состоит из окислов кремния, магния и двухвалентного железа; еще 5 – 10% представлены окислами кальция, алюминия и натрия. Таким образом, на 98% мантия состоит всего из шести перечисленных окислов.

Химический состав мантии Земли
Окислы Содержание, весовые %
Пиролитовая
модель
Лерцолитовая
модель
Хондритовая
модель
SiO2 45,22 45,3 48,1
TiO2 0,7 0,2 0,4
Al2O3 3,5 3,6 3,8
FeO 9,2 7,3 13,5
MnO 0,14 0,1 0,2
MgO 37,5 41,3 30,5
CaO 3,1 1,9 2,4
Na2O 0,6 0,2 0,9
К2О 0,13 0,1 0,2

Дискуссионным является форма нахождения этих элементов: в форме каких минералов и горных пород они находятся?

До глубины 410 км, согласно лерцолитовой модели, мантия состоит на 57% из оливина, на 27% из пироксенов и на 14% из граната; её плотность около 3,38 г/см3. На границе 410 км оливин переходит в шпинель, а пироксен – в гранат. Соответственно, нижняя мантия состоит из гранат-шпинелевой ассоциации: 57% шпинели + 39% граната + 4% пироксена. Превращение минералов в более плотные модификации на рубеже 410 км приводит к увеличению плотности до 3,66 г/см3, что отражается в возрастании скорости прохождения сейсмических волн через это вещество.

Следующий фазовый переход приурочен к границе 670 км. На этом уровне давление определяет разложение минералов, типичных для верхней мантии, с образованием более плотных минералов. Вследствие такой перестройки минеральных ассоциаций плотность нижней мантии у границы 670 км становится около 3,99 г/см3 и постепенно нарастает с глубиной под воздействием давления. Это фиксируется скачкообразным нарастанием скорости сейсмических волн и дальнейшим плавным нарастанием скорости границы 2900 км. На границе мантии и ядра, вероятно, происходит разложение силикатных минералов на металлическую и неметаллическую фазы. Этот процесс дифференциации мантийного вещества сопровождается ростом металлического ядра планеты и выделением тепловой энергии.

Суммируя приведённые данные, необходимо отметить, что разделение мантии обусловлено перестройкой кристаллической структуры минералов без значимого изменения её химического состава. Сейсмические границы раздела приурочены к участкам фазовых превращений и связаны с изменением плотности вещества.

Раздел ядро/мантия является, как отмечено ранее, очень резким. Здесь резко изменяются скорости и характер прохождения волн, плотность, температура и другие физические параметры. Такие радикальные изменения не могут быть объяснены перестройкой кристаллической структуры минералов и, несомненно, связаны с изменением химического состава вещества.

Более подробные сведения имеются в вещественном составе земной коры, верхние горизонты которой доступны для непосредственно изучения.

Вещественный состав земной коры

Химический состав земной коры отличается от более глубоких геосфер в первую очередь обогащённостью относительно лёгкими элементами – кремнием и алюминием.

Достоверные сведения имеются только о химическом составе самой верхней части земной коры. Первые данные о её составе были опубликованы в 1889 году американским ученым Ф. Кларком, как среднеарифметические из 6000 химических анализов горных пород. Позже, на основании многочисленных анализов минералов и горных пород, эти данные многократно уточнялись, но и сейчас процентное содержание химического элемента в земной коре называется кларком. Около 99 % в составе земной коры занимают всего 8 элементов, то есть они имеют наибольшие кларки (данные об их содержании приведены в таблице). Кроме того, могут быть названы ещё несколько элементов, имеющих относительно высокие кларки: водород (0,15%), титан (0,45%), углерод (0,02%), хлор (0,02%), которые в сумме составляют 0,64%. На все остальные элементы, содержащиеся в земной коре в тысячных и миллионных долях, остаётся 0,33%. Таким образом, в пересчёте на окислы, земная кора в основном состоит из SiO2 и Al2O3 (имеет «сиалический» состав, SIAL), что существенно отличает её от мантии, обогащённой магнием и железом.

Вместе с тем, нужно иметь в виду, что приведённые выше данные о среднем составе земной коры отражают лишь общую геохимическую специфику этой геосферы. В пределах земной коры по составу существенно различается океанический и континентальный типы коры. Океаническая кора образуется за счёт поступающих из мантии магматических расплавов, поэтому в значительно большей степени обогащена железом, магнием и кальцием, чем континентальная.

Среднее содержание химических элементов в земной коры
(по Виноградову)

Химический элемент

Содержание, вес.%
(кларк)

Кислород

47,00

Кремний

29,5

Алюминий

8,05

Железо

4,65

Кальций

2,96

Натрий

2,5

Калий

2,5

Магний

1,87

Химический состав континентальной и океанической коры

Окислы

Содержание, вес.%

Континентальная кора

Океанская кора

SiO2

60,2

48,6

TiO2

0,7

1,4

Al2O3

15,2

16.5

Fe2O3

2,5

2,3

FeO

3,8

6,2

MnO

0,1

0,2

MgO

3,1

6,8

CaO

5,5

12,3

Na2O

3,0

2,6

K2O

2,8

0,4

Не менее значимые различия обнаруживаются и между верхней и нижней частью континентальной коры. В значительной мере это связано с формированием коровых магм, возникающих за счёт плавления пород земной коры. При плавлении разных по составу пород выплавляются магмы, в значительной мере состоящие из кремнезёма и окисла алюминия (они содержат обычно более 64% SiO2), а оксиды железа и магния остаются в глубинных горизонтах в виде нерасплавленного «остатка». Имеющие малую плотность расплавы, внедряются в более высокие горизонты земной коры, обогащая их SiO2 и Al2O3.

Химический состав верхней и нежней континентальной коры
(по Тейлору и Мак-Леннану)

Окислы

Содержание, вес.%

Верхняя кора

Нижняя кора

SiO2

66,00

54,40

TiO2

0,5

1,0

Al2O3

15,2

16.1

FeO

4,5

10,6

MgO

2,2

6,3

CaO

4,2

8,5

Na2O

3,9

2,8

K2O

3,4

0,28

Химические элементы и соединения в земной коре могут образовывать собственные минералы или находится в рассеянном состоянии, входя в форме примесей в какие-либо минералы и горные породы.

Глава 1. Земная кора и особенности ее состава

Строение земного шара

Главным объектом геологических, в том числе минералогических, исследований является земная кора, под которой подразумевается самая верхняя оболочка земного шара, доступная непо­средственному наблюдению.

Наши фактические знания о строении и химическом составе земной коры основываются почти исключительно на наблюдениях над самыми поверхностными частями нашей планеты.

Горообразующие процессы, совершавшиеся в различные геологиче­ские эпохи и приводившие к образованию высоких горных хребтов, подняли из глубины самые различные породы, не образующиеся вблизи поверхности Земли. Наиболее глубинные по происхождению горные породы из доступных прямому изучению — мантийные ксенолиты, обнаруживаемые в трубках взрыва, — являются объектом пристального внимания исследователей. Их изучение дает возможность, как показывают геологические наблюдения и подсчеты, получить более или менее реальное представление о составе и строении земного шара только до глубины 100–150 км (радиус же его превышает 6300 км).

О строении и составе глубоких недр земного шара можно судить лишь на основании косвенных данных. Как показывает сопоставление плотностей всего земного шара (5,527) и земной коры (2,7–2,8), внутренние части нашей планеты должны обладать значительно большей плотностью, чем поверхностные. Различные данные (геофизические наблюдения, данные сравнения Земли с другими космическими телами, состав метеоритов и пр.) дают основания предполагать, что это обстоятельство обусловлено не только увеличением с глубиной давления, но и изменением состава внутренних частей нашей планеты.

Согласно современным моделям, построенным на основании геофизических данных, в строении Земли выделяется несколько концентрических оболочек (геосфер, рис. 3), различающихся по физическим свойствам и составу (табл. 1).

Таблица 1. Характеристики геосфер Земли

Рис. 3. Схема внутреннего строения Земли
(мощность земной коры отражена вне масштаба)

Состав земной коры

Впервые состав твердой части земной коры в весовых процентах подсчитал американский исследователь Ф. Кларк в 1889 г. Большая работа по уточнению полученных цифр была проделана В. И. Вернадским, А. Е. Ферсманом, И. и В. Ноддаками, Г. Гевеши, В. М. Гольдшмидтом и А. П. Виноградовым. Последний подсчитал средний химический состав лишь литосферы (без учета гидросферы и атмо­сферы).

По предложению акад. Ферсмана средние цифры содержаний отдельных элементов земной коры стали называть «числами Кларка», или просто кларками. Он же предложил выражать эти величины не только в весовых процентах, но и в атомных.

Из более чем 100 химических элементов, приведенных в периодической таблице элементов Менделеева (табл. 2), лишь немногие широко распространены в земной коре. Такие элементы в таблице располагаются преимущественно в верхней ее части, т. е. относятся к числу элементов с малыми порядковыми номерами.

Таблица 2. Периодическая система элементов Д. И. Менделеева

Наиболее распространенными элементами являются: О, Si, Al, Fe, Ca, Na, К, Mg, Ti, H и С. На долю всех остальных элементов, встречающихся в земной коре, приходится всего лишь несколько десятых процента (по весу). Подавляющее большинство этих элементов в земной коре присутствует почти исключительно в виде химических соединений. К числу элементов, встречающихся в самородном виде, относятся очень немногие. Те и другие возникают в результате химических реакций, которые протекают в земной коре при различных геологических процессах, приводящих к образованию самых разнообразных по составу массивов горных пород и месторождений полезных ископаемых.

Если главнейшие элементы расположить в порядке их процентного (весового) содержания в земной коре на группы по декадам, то получится такая картина (табл. 3).

Таблица 3. Средний химический состав литосферы в вес. %
(по А. П. Виноградову, 1949, с уточнениями)*

* В таблице приведены не все элементы из группы редких земель, а также благородные газы, количественные определения которых ненадежны. Данные для первых восьми элементов, а также для серы исправлены согласно последним указаниям А. П. Виноградова.

Из таблицы 3 видно, что подавляющая масса минералов земной коры должна представлять соединения элементов первых двух декад, на долю которых в весовом выражении приходится основная масса. В самом деле, в земной коре чрезвычайно широко распространены кислородные соединения кремния, алюминия, железа, а также щелочноземельных и щелочных металлов — кальция, магния, натрия и калия. К их числу относятся главным образом окислы и кислородные соли (преимущественно силикаты, алюмосиликаты, карбонаты, сульфаты и др.), входящие в состав различных горных пород, слагающих земную кору.

Кларки тяжелых металлов, играющих большую роль в промышленности, в подавляющем большинстве выражаются ничтожными величинами и попадают в последние столбцы элементов, разбитых на декады по степени распространения (табл. 4).

Таблица 4. Распространенность главных металлов в земной коре

Некоторые особенности распределения тяжелых металлов в земной коре

Многие из указанных редких в земной коре элементов под влиянием совершающихся в природе геохимических процессов нередко образуют исключительно богатые скопления минерального вещества, носящие название рудных месторождений. Если бы не существовало процессов, приводящих к образованию таких месторождений, которые имело бы смысл разрабатывать с целью извлечения ценных для промышленности металлов, то можно с уверенностью сказать, что не было бы и столь мощного развития техники и культуры, какое наблюдается в настоящее время.

Тогда многие металлы, извлеченные из пород в лабораторных условиях, являлись бы исключительно дорогими. Весьма характерно, что кларки таких металлов, как ванадий, цезий, галлий и др., во много раз выше кларков ртути, висмута, серебра, золота и др. Но, несмотря на их весьма ценные свойства, они не распространены в человеческом быту, так как их месторождения с промышленными концентрациями в природе крайне редки.

Природные соединения тяжелых металлов представляют собой в основном сравнительно простые соединения. Часть этих элементов (Fe, Mn, Sn, Сr, W, Nb, Та, Th, U) преимущественно распространена в виде кислородных соединений, но зато многие другие элементы (Fe, Ni, Co, Zn, Cu, Pb, Hg, Mo, Bi, As, Sb, Ag и пр.) встречаются главным образом в виде скоплений сернистых, мышьяковистых и сурьмянистых соединений. Железо совмещает в себе свойства сидерофильных, литофильных и халькофильных элементов, обладая заметным сродством как с кислородом, так и с серой.

На диаграмме (рис. 4) по оси абсцисс расположены порядковые номера химических элементов, а по оси ординат — логарифмы их атомных кларков. Можно видеть, что с увеличением порядкового номера кривые кларков как четных, так и нечетных элементов в общем обнаруживают тенденцию к понижению. Это означает, что для большинства химиче­ских элементов имеет место обратно пропорциональная зависимость их среднего содержания в земной коре от порядкового номера, хотя встречаются и исключения (например, для Li, Be, В и др.).

Рис. 4. Распространенность элементов в верхней части литосферы. На диаграмме даны логарифмы атомных кларков (H) как функция порядкового номера (Z), причем кислород принят за единицу

Если сравнить распространенность химических элементов в земной коре в атомных кларках с числами минералов, в которые они входят (табл. 5), то, как указал П. П. Пилипенко, между ними, за небольшим исключением, устанавливается некоторая прямая (симбатная) зависимость. Это имеет место преимущественно для элементов, обладающих малым атомным весом.

Таблица 5. Взаимосвязь числа минералов
легких элементов и их атомных кларков

Некоторые из легких элементов играют особую роль в минералах, являясь типичными анионами или анионообразователями. Среди таких элементов прежде всего можно отметить кислород, а также водород (как компонент гидроксильного иона), серу, углерод и некоторые другие. Так как подавляющее большинство минералов являются полярными соединениями, в составе каждого из них должны присутствовать элементы, играющие роль катионов и анионов. Типичных анионов и анионообразователей среди элементов периодической системы гораздо меньше, чем катионообразующих элементов, поскольку металлы составляют около 3/4 всех элементов. По этой причине каждый из немногих элементов-анионообразователей будет представлен в относительно большем числе минералов по сравнению с элементами, атомы которых играют роль катионов. Этим объясняется столь значительное количество минералов — кислородных соединений, а также водосодержащих минералов и сульфидов. Для большинства распространенных элементов-металлов (главным образом легких и средних атомных весов) число минеральных видов проявляет устойчивую пропорциональность их атомным кларкам.

Для многих тяжелых металлов подобная зависимость не устанавливается. Так, теллур, атомный кларк которого в земной коре примерно в 40 раз меньше, чем кларк селена, в природных условиях образует около 150 самостоятельных минералов, в то время как для селена их известно всего около 100, и то главным образом в ассоциации с серой. Для цинка с атомным кларком в 17 раз большим по сравнению с кларком свинца мы имеем около 250 минералов, тогда как для свинца — около 450, и т. д.

Указанные различия, несомненно, вызываются химическими свойствами самих элементов, обусловленными строением их ионов и определяемыми положением этих элементов в периодической системе Менделеева. Для элементов с одинаковыми свойствами, аналогичными строением и размерами ионов, но с различными концентрациями в данном раст­воре или расплаве естественно ожидать, что при кристаллизации элементы с меньшей концентрацией будут входить в кристаллические структуры, образуемые господствующими элементами, как бы растворяясь в них. Если же данный элемент в окружающей среде не находит аналогичных себе по размерам и строению ионов других элементов, то в каком бы количестве он ни присутствовал в растворе при кристаллизации, он должен образовать самостоятельное соединение. Весьма показательно, что двухвалентный марганец в главной своей массе входит в состав минералов в виде изоморфной примеси к двухвалентным железу и кальцию, но зато четырехвалентный марганец всегда образует явно индивидуализированные соединения. Этим же объясняется то, что такие элементы, как рубидий, скандий, гафний, индий, рений и др., обладающие низкими атомными кларками, в природе образуют лишь несколько самостоятельных минералов, преимущественно же находятся в рассеянном состоянии, присутствуя в виде изоморфной примеси к другим элементам. В значительной мере это относится и к таким более распространенным элементам, как селен, ванадий, цезий, кадмий и др. Наоборот, элементы с очень низкими атомными кларками — теллур, золото, группа платиновых металлов, висмут и др. — сравнительно часто устанавливаются в виде самостоятельных минералов.


Из чего состоит земная кора (6 класс)

Победитель конкурса «Электронный учебник на уроке».

Разработка урока – исследования «Из чего состоит земная кора» (в условиях реализации ФГОС основного общего образования)

Автор материала: Серватинская Л.Р. учитель высшей квалификационной категории МБОУ СШ №72 г. Красноярск

Организационно-мотивационный этап.

Определение темы урока.

  • Какие природные явления вы изучали на прошлом уроке? (извержение вулканов и гейзеров)
  • С какими природными объектами вы познакомились? (вулканы, гейзеры)
  • Элементами какой оболочки являются эти географические объекты? (литосфера)
  • Что называют литосферой? (земная кора+верхняя мантия).

Рассмотренные на прошлом уроке процессы вулканизма показали, что вещества земной коры могут изменяться (превращаться из твердых в жидкие, из плотных и тяжелых в рыхлые и легкие). А знаете ли вы, из каких веществ состоит земная кора? Попробуйте сформулировать тему урока (предполагают, что тема урока «Состав земной коры»).

Создание мотивационной установки.

Для чего нам необходимы знания о составе земной коры? (высказывают предположения).

Цель урока: определить состав земной коры.

Сформулируйте основные задачи, которые нужно нам сегодня решить для достижения поставленной цели. (определить какие вещества составляют земную кору; установить, как образуются вещества земной коры).

Процессуально-содержательный этап урока.

Работа в парах.

Познакомьтесь с разнообразием веществ земной коры (коллекция горных пород и минералов).

Попробуйте распределить их по группам. Назовите признаки, на основании которых вы это сделали (цвет, вес, блеск, структура). Определите, что общего у горных пород и минералов и чем они отличаются?

Работа с учебником.

Прочитайте в учебнике пункт «Вещества земной коры» (с.41). выделите из текста определения понятий «минералы» и «горные породы». Сделайте вывод, что у них общего и в чем отличия? (Общее — это вещества земной коры. Различия – минералы состоят из отдельных элементов. А горные породы – из минералов).

Рассмотрите рисунок 21 в учебнике (с.41). Назовите минералы, из которых состоит гранит (слюда, кварц, полевой шпат). Работа в дневнике географа следопыта (с.21, №1).

Рефлексия деятельности.

Закончите фразу: определяя состав земной коры мы ……. (что делали?) выявили различия в структуре предложенных образцов горных пород.

На Земле насчитывается 2500 горных пород и минералов. Проблемный вопрос: чем можно объяснить такое многообразие? (разные условия образования веществ).

Работа в группах.

Рассаживаются по желанию, одновременно проходит физкультминутка – движение по классу. Проводят исследования в группах, используя образцы горных пород, инструктивные карточки (приложение №1), учебник с.41-43. Заполняют таблицу. Готовят выступление от группы «Описание свойств одной из горных пород». Выступление нужно начать словами «Здравствуйте, я -……».

Рефлексия содержательная.

Закончите фразу: изучение разнообразия веществ земной коры позволило нам выделить три группы горных пород: …. (магматические, осадочные, метаморфические) и сделать вывод о наличии в земной коре ……. (различных веществ).

Этап закрепления и первичной проверки.

Игра «Геологическая почта»

Распределите «геологические открытки» и «геологические посылки»по трем почтовым ящикам.

  • Какие адреса будут у ваших почтовых ящиков?
  • Почему магматические породы так называются? Какими физическими свойствами они обладают?
  • Почему осадочные породы получили такое название? Каковы их свойства?
  • Что такое метаморфизм? Как образуются метаморфические горные породы?

Объяснение домашнего задания.

Обязательное:

  • Выписать из текста параграфа №8 примеры горных пород различного происхождения (оформить в виде таблицы, схемы или перечня).
  • дневник географа следопыта с.22-23

По желанию:

  • Задание №7 с.45 учебника.

Рефлексивный этап урока.

Прием «Острова». Расположите свой корабль у соответствующего острова (о. Радости, о. Грусти, о. Недоумения, о. Воодушевления и др.). Эмоциональное состояние.

Из чего состоит земная кора. 5-й класс


2 Актуализация знаний, мотивация Повторение изученного

– На протяжении
нескольких уроков мы ведём речь о Внутреннем
строении Земли, повторим.

1. У доски назвать часть Земли и из скольких
частей она состоит.

2. Что  в себя включает литосфера?

– Из чего она состоит?

– Как называются зоны взаимодействия
литосферных плит?

– Какие явления в этих зонах происходят?

3. Строение вулкана. По-очереди выйти к доске,
взять карточку и поместить на своё место, дать
определение (очаг магмы, жерло, кратер, лава)

4. Назовите  продукты извержения вулкана

 

5. Какие бывают вулканы по жизнедеятельности? (Картинки,
показ на карте)

Оцените  свою деятельность  на этапе 
повторения.

Учащиеся отвечают на поставленные
вопросы

 

– ядро, мантия, земная кора

– Земная кора и верхняя часть мантии.

Она состоит из литосферных плит.

– Сейсмические зоны.

– Вулканизм, землетрясения

Работа у доски (на доске нарисована схема
вулкана)

Ответы учащихся.

– Пепел, вулканические бомбы, лава, газы.

– Действующие, потухшие, уснувшие.

Работа у карты

В опорном конспекте графа – оценивание,
закрасить цветом

3 Постановка учебной задачи Организация ситуации формулирования
проблемы

Вот, такие явление происходят в земной
коре. Как вы думаете, где чаще извергаются
вулканы: на   материках или океанах?
Одинаковая ли толщина земной коры?

– Из чего состоит земная  кора? вы
затрудняетесь ответить на этот вопрос?

– Какова тема нашего урока?

– Сформулируйте цель, задачи на урок.

Дети формулируют проблему.

В океанах,
там кора тоньше
«Из чего состоит земная кора»

– формирование  представлений об основных
группах горных пород и их   
происхождении

4 Решение учебной задачи Верхняя твёрдая оболочка Земли состоит
из разнообразных минералов и горных пород.
Давайте разберёмся, чем отличаются горные породы
и минералы?

1. Минералы – однородные по
своим свойствам вещества.

Действительно, минералы бывают различной
твердости. Самый мягкийтальк
такой мягкий, что его легко поцарапать ногтем.

Полная противоположность – алмаз, он тверже
всех минералов
.     Есть минералы,
которые называются слюдой.  Они
обладают необыкновенным свойством – от них
можно осторожно отделить тонкую пластинку, от
которой можно отделить еще более тонкую.

Можно ли есть камни? Конечно, существуют
минералы, пригодные в пищу – поваренная
соль, графит
– в карандашах
Вывод (учитель и учащиеся): В мире
существует около 3000 минералов. Большинство
минералов встречаются в твердом состоянии.
Минералы могут быть и в жидком и газообразном
состоянии.

Все они отличаются друг от друга по цвету, форме,
плотности, твердости.

Минералы встречаются в твердой оболочке Земли
как самостоятельно, так и в соединении друг с
другом
Горные породы – природные тела,
состоящие из нескольких минералов (гранит –
полевой  шпат, слюда, кварц)

– Все горные породы  и минералы отличаются.
Чем? Почему?
ГП: магматические, осадочные,
метаморфические.

Магматические горные породы
образуются при
застывании магмы мантии, поднимающейся из глубин
Земли.  

Если изливание магмы происходит в глубине, то
такие горные породы называются глубинные,
их остывание происходит медленно, и образуются
крупнокристаллические породы (гранит)

Если происходит изливание на поверхность, то
такие горные породы называются излившиеся,
их остывание происходит быстро и кристаллы
образуются мелкие, (базальт,  без
кристаллов – обсидиан).
Осадочные  горные породы.  Как
только образовались магматические горные
породы, за них берутся внешние силы земли: ветер,
текучие воды, солнце, микроорганизмы. По их
законам земная поверхность должна быть идеально
ровной и гладкой. Поэтому они начинают разрушать
горы, скалы, их обломки измельчать и переносить
на разные участки земной поверхности, заполнять
впадины и низины на суше; осаждать на дне океанов
и морей и других водоемов.

Одни возникли в результате жизнедеятельности
организмов и образовались из остатков растений и
животных, отлагающихся на дне водоемов. На них
можно увидеть остатки древних растений и
насекомых. Их назвали органическими (известняк
– ракушечник, торф, мел, каменный уголь)


Происхождение других связано с неживой природой,
поэтому они получили название неорганические:
В свою очередь их разделили еще на две
группы: те, которые образовались из обломков
разрушенных скал, осели во впадинах и
уплотнились в горные породы, назвали обломочными
(щебень, галька,
песок)                                                              
А те, которые образовались из химических
веществ, содержащихся в воде морей и океанов,
уплотнились, осели на дно и превратились в горные
породы, назвали химическими (гипс, каменная
соль)

Метаморфические. Горные породы
обладают прочностью, но при попадании в другие
условия их состав и свойства начинают меняться.
Так, в результате тектонических движений горные
породы могут быть перемещены с поверхности земли
в ее глубины. Под давлением пластов других пород,
воздействия высоких t глубин Земли, новых потоков
магмы горные породы изменяются и превращаются в
совершенно другие, которые называются метаморфическими
(с греческого «метаморфоз» –
превращение).  Гранит – гнейс , 
известняк – мрамор

Запись темы, определений в опорном
конспекте (Приложение 3)

Минералы
однородные по своим свойствам вещества.

(тальк, алмаз, слюда)

 

 

Горные породы – природное соединение
минералов

– Цветом, твердостью, прозрачностью, блеском.

– Разное происхождение ГП и М.Заполнение схемы в
опорном конспекте.

6 Итог занятия. Рефлексия деятельности – Ребята, как вы думаете, работая на
уроке, мы достигли поставленной цели?

– Из чего же состоит земная кора?

– По какому признаку мы объединили ГП в 3 группы?
Домашнее задание: параграф 8,
ознакомиться с  «Школой географа-следопыта».
Оцените  свою работу на уроке.

Приём
«Пять пальцев»

М – (мизинец) – мыслительный процесс: какие
знания, опыт я получил?

Б – (безымянный) – близость цели: что я сегодня
сделал и чего достиг?

С – (средний) — состояние духа: какое было
сегодня у меня преобладающее настроение,
расположение духа?

У– (указательный) — услуга, помощь: чем я сегодня
помог другим, чем услужил, порадовал или
поспособствовал?

Б – (большой) — бодрость, физическая форма: каким
было моё самочувствие?

Возьмите ранее подготовленную «ладошку» из
бумаги.

– На мизинце продолжите: Я узнал о…

– На безымянном продолжите: Я сделал…

– На среднем пальце продолжите:

Настроение у меня …

– На указательном – продолжите: Я помог …

– На большом пальце – продолжите:

Мое самочувствие …

Урок окончен.

– Да.

– Из горных пород и минералов.

– По происхождению.

слоев Земли: из чего состоит Земля?

Земля уникальна среди известных планет: на ней много воды. В других мирах — включая несколько лун — есть атмосфера, лед и даже океаны, но только Земля имеет правильную комбинацию для поддержания жизни.

Океаны Земли покрывают около 70 процентов поверхности планеты со средней глубиной 2,5 мили (4 километра). Пресная вода существует в жидкой форме в озерах и реках, а также в виде водяного пара в атмосфере, от которого зависит большая часть погоды на Земле.

Земля состоит из нескольких слоев. Бассейны океана и континенты составляют кору, самый внешний слой. Глубина земной коры составляет от трех до 46 миль (от пяти до 75 км). Самые толстые части находятся под континентами, а самые тонкие — под океанами.

Связано: Какова скорость Земли вокруг Солнца?

Кора

Согласно «Основам геологии» (7-е изд., Prentice Hall, 2000) Фредерика К. Лутгенса и Эдварда Дж.Tarbuck, земная кора состоит из нескольких элементов: кислорода, 46,6 процента по весу; кремний 27,7%; алюминий — 8,1 процента; железо, 5 процентов; кальций 3,6 процента; натрий 2,8 процента, калий 2,6 процента и магний 2,1 процента.

Кора разделена на огромные плиты, которые плавают на мантии, следующем слое. Плиты постоянно находятся в движении; по данным НАСА, они двигаются примерно с той же скоростью, что и ногти. Землетрясения возникают, когда эти плиты трутся друг о друга.Горы образуются, когда плиты сталкиваются, а глубокие канавы образуются, когда одна плита скользит под другой. Тектоника плит — это теория, объясняющая движение этих плит.

Мантия

Глубина мантии под корой составляет около 1800 миль (2890 км). Он сложен в основном силикатными породами, богатыми магнием и железом. Сильная жара заставляет камни подниматься. Затем они охлаждаются и снова погружаются в ядро. Считается, что именно эта конвекция — с консистенцией карамели — заставляет тектонические плиты двигаться.Когда мантия проталкивается сквозь кору, извергаются вулканы.

Ядро

В центре Земли находится ядро, которое состоит из двух частей. По данным НАСА, твердое внутреннее железное ядро ​​имеет радиус около 760 миль (около 1220 км). Он окружен жидким внешним ядром, состоящим из сплава никель-железо. Внешнее ядро ​​имеет толщину около 1355 миль (2180 км). Внутреннее ядро ​​вращается с другой скоростью, чем остальная часть планеты. Считается, что это вызывает магнитное поле Земли. Когда заряженные частицы солнечного ветра сталкиваются с молекулами воздуха над магнитными полюсами Земли, это заставляет молекулы воздуха светиться, вызывая полярные сияния — северное и южное сияние.

Земля состоит из нескольких слоев: коры, мантии и ядра. (Изображение предоставлено НАСА)

Земля, Венера и Марс

Чтобы лучше понять состав и историю Земли, геологи иногда сравнивают нашу планету с другими каменистыми планетами в нашей солнечной системе. Венера по размеру похожа на Землю и немного ближе к Солнцу, в то время как Марс составляет лишь половину размера Земли. Хотя к Венере и Марсу было отправлено несколько космических аппаратов, мы очень мало знаем об их внутренностях — пока.Ожидается, что миссия InSight будет запущена в 2018 году, чтобы провести глубокое исследование поверхности Марса и получить больше информации о его недрах. Некоторые запланированные марсоходы также несут длительные тренировки, такие как марсоход ExoMars, который запускается в 2020 году.

Венера имеет чрезвычайно толстую атмосферу, которая не позволяет видимому свету достигать поверхности, а это означает, что для просмотра поверхности требуется радар. Поверхность кажется свежей и молодой — возрастом не более 500 миллионов лет — из-за активности вулканов на адски горячей поверхности Венеры.Хотя у Венеры, вероятно, есть кора, мантия и ядро, похожие на Земное, ее магнитное поле очень слабое по сравнению с Земным. Это может быть связано с тем, что сердечник медленно вращается для создания магнитного поля, или потому, что сердечник вообще отсутствует.

Марс — холодная планета, чья атмосфера недостаточно толстая, чтобы позволить жидкой воде течь по поверхности (хотя возможна и соленая вода). Имеет корку, покрытую пылью; Считается, что кора твердая, без тектоники плит. Это позволило Марсу образовать на своей поверхности огромные вулканы, такие как Олимп Монс.Однако марсианские вулканы кажутся бездействующими — почему до сих пор плохо изучено. Под поверхностью Марса, вероятно, есть мантия и ядро; поскольку у Марса нет глобального магнитного поля, ядро, вероятно, не вращается.

Дополнительный отчет предоставила Элизабет Хауэлл, участник Space.com.

элементов в земной коре

Это таблица, которая показывает элементный химический состав земной коры. Имейте в виду, что это приблизительные цифры. Они будут варьироваться в зависимости от способа их расчета и источника.Земная кора на 98,4% состоит из кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, натрия, калия и магния. На все остальные элементы приходится примерно 1,6% объема земной коры.

Основные элементы земной коры

Элемент Объемные проценты
кислород 46,60%
кремний 27,72%
алюминий 8.13%
утюг 5,00%
кальций 3,63%
натрий 2,83%
калий 2,59%
магний 2,09%
титан 0,44%
водород 0,14%
фосфор 0,12%
марганец 0.10%
фтор 0,08%
барий 340 частей на миллион
углерод 0,03%
стронций 370 частей на миллион
сера 0,05%
цирконий 190 частей на миллион
вольфрам 160 частей на миллион
ванадий 0,01%
хлор 0.05%
рубидий 0,03%
хром 0,01%
медь 0,01%
азот 0,005%
никель след
цинк след

Минеральный состав

Кора химически похожа на андезит. Самыми распространенными минералами в континентальной коре являются полевой шпат (41%), кварц (12%) и пироксен (11%).

Имейте в виду, что элементный состав земной коры не совпадает с составом Земли.Мантия и ядро ​​составляют значительно большую массу, чем кора. В мантии около 44,8% кислорода, 21,5% кремния и 22,8% магния, а также железа, алюминия, кальция, натрия и калия. Считается, что ядро ​​Земли состоит в основном из сплава никель-железо.

Источники

  • Хейнс, Уильям М. (2016). «Изобилие элементов в земной коре и в море». CRC Справочник по химии и физике (97-е изд.). Тейлор и Фрэнсис. ISBN 9781498754286.
  • Кринг, Дэвид. Состав континентальной коры Земли по составу пластов ударного расплава. Луна и планетология XXVIII.

корочка | Национальное географическое общество

«Кора» описывает внешнюю оболочку планеты земного типа. Тонкая кора нашей планеты глубиной 40 километров (25 миль) — всего 1% массы Земли — содержит всю известную жизнь во Вселенной.

Земля состоит из трех слоев: коры, мантии и ядра.Кора состоит из твердых пород и минералов. Под корой находится мантия, которая также в основном состоит из твердых пород и минералов, но перемежается пластичными областями полутвердой магмы. В центре Земли находится горячее плотное металлическое ядро.

Слои Земли постоянно взаимодействуют друг с другом, а кора и верхняя часть мантии являются частью единой геологической единицы, называемой литосферой. Глубина литосферы варьируется, и разрыв Мохоровича (Мохо) — граница между мантией и корой — не существует на одинаковой глубине.Изостази описывает физические, химические и механические различия между мантией и корой, которые позволяют коре «плавать» на более податливой мантии. Не все регионы Земли находятся в изостатическом равновесии. Изостатическое равновесие зависит от плотности и толщины коры, а также от динамических сил, действующих в мантии.

Так же, как меняется глубина корки, меняется и ее температура. Верхняя кора выдерживает температуру окружающей среды или океана — жарко в засушливых пустынях и замерзает в океанических желобах.Рядом с Мохо температура коры колеблется от 200 ° по Цельсию (392 ° по Фаренгейту) до 400 ° по Цельсию (752 ° по Фаренгейту).

Создание корки

Миллиарды лет назад планетарная капля, которая стала Землей, возникла как горячий вязкий каменный шар. Самый тяжелый материал, в основном железо и никель, опустился к центру новой планеты и стал ее ядром. Расплавленный материал, окружавший ядро, был ранней мантией.

За миллионы лет мантия остыла. Вода, заключенная в минералах, извергалась лавой — процесс, называемый «дегазациями». По мере того, как выделялось все больше воды, мантия затвердевала. Материалы, которые изначально оставались в жидкой фазе во время этого процесса, называемые «несовместимыми элементами», в конечном итоге стали хрупкой корой Земли.

От ила и глины до алмазов и угля — земная кора состоит из магматических, метаморфических и осадочных пород. Самые распространенные породы в коре — магматические, образованные в результате охлаждения магмы.Земная кора богата магматическими породами, такими как гранит и базальт. Метаморфические породы претерпели резкие изменения из-за тепла и давления. Сланец и мрамор — знакомые метаморфические породы. Осадочные породы образуются в результате накопления материала на поверхности Земли. Песчаник и сланец — это осадочные породы.

Динамические геологические силы создали земную кору, и кора продолжает формироваться под действием движения и энергии планеты. Сегодня тектоническая активность ответственна за формирование (и разрушение) материалов земной коры.

Земная кора делится на два типа: океаническая кора и континентальная кора. Зону перехода между этими двумя типами коры иногда называют разрывом Конрада. Силикаты (в основном соединения, состоящие из кремния и кислорода) являются наиболее распространенными породами и минералами как в океанической, так и в континентальной коре.

Океаническая кора

Океаническая кора, простирающаяся на 5-10 километров (3-6 километров) под дном океана, в основном состоит из различных типов базальтов.Геологи часто называют породы океанической коры «сима». Сима означает силикат и магний, самые распространенные минералы в океанической коре. (Базальты — это похожие на скалы.) Океаническая кора плотная, почти 3 грамма на кубический сантиметр (1,7 унции на кубический дюйм).

Океаническая кора постоянно образуется на срединно-океанических хребтах, где тектонические плиты разрываются друг от друга. По мере того, как магма, которая поднимается из этих трещин на поверхности Земли, остывает, она становится молодой океанической корой.Возраст и плотность океанической коры увеличивается по мере удаления от срединно-океанических хребтов.

Подобно тому, как океаническая кора образуется на срединно-океанических хребтах, она разрушается в зонах субдукции. Субдукция — важный геологический процесс, при котором тектоническая плита, состоящая из плотного литосферного материала, плавится или опускается ниже плиты, состоящей из менее плотной литосферы на границе сходящейся плиты.

На конвергентных границах плит между континентальной и океанической литосферой плотная океаническая литосфера (включая кору) всегда погружается под континентальную.Например, на северо-западе США океаническая плита Хуан-де-Фука погружается под континентальную Северо-Американскую плиту. На сходящихся границах между двумя плитами, несущими океаническую литосферу, более плотный (обычно более крупный и глубокий океанский бассейн) субдуцируется. В Японском желобе плотная Тихоокеанская плита погружается под менее плотную Охотскую плиту.

По мере того как литосфера погружается в мантию, она становится более пластичной и пластичной. Благодаря мантийной конвекции богатые минералы мантии могут быть в конечном итоге «переработаны», когда они всплывают на поверхность в виде лавы, образующей корку, на срединно-океанических хребтах и ​​вулканах.

В основном из-за субдукции океаническая кора намного моложе континентальной коры. Самая старая существующая океаническая кора находится в Ионическом море, части восточного Средиземноморского бассейна. Дну Ионического моря около 270 миллионов лет. (С другой стороны, самым старым частям континентальной коры более 4 миллиардов лет.)

Геологи собирают образцы океанической коры путем бурения на дне океана, с помощью подводных аппаратов и изучения офиолитов.Офиолиты — это участки океанической коры, которые поднялись над уровнем моря в результате тектонической активности, иногда появляясь как дайки в континентальной коре. Офиолиты часто более доступны для ученых, чем океаническая кора на дне океана.

Континентальная кора

Континентальная кора в основном состоит из различных типов гранитов. Геологи часто называют породы континентальной коры «сиальными». Сиал означает силикат и алюминий, самые распространенные минералы в континентальной коре.Сиал может быть намного толще, чем сима (толщиной до 70 километров (44 мили)), но также немного менее плотным (около 2,7 грамма на кубический сантиметр (1,6 унции на кубический дюйм)).

Как и океаническая кора, континентальная кора образована тектоникой плит. На границах сходящихся плит, где тектонические плиты сталкиваются друг с другом, континентальная кора поднимается вверх в процессе горообразования или горообразования. По этой причине самые толстые части континентальной коры находятся на самых высоких горных хребтах мира.Как и айсберги, высокие пики Гималаев и Анд являются лишь частью континентальной коры региона — кора неравномерно простирается под Землей, а также взлетает в атмосферу.

Кратоны — самая старая и стабильная часть континентальной литосферы. Эти части континентальной коры обычно находятся глубоко внутри большинства континентов. Кратоны делятся на две категории. Щиты — это кратоны, в которых древняя скала из фундамента выходит в атмосферу.Платформы — это кратоны, в которых порода фундамента погребена под вышележащими отложениями. И щиты, и платформы предоставляют геологам важную информацию о ранней истории и формировании Земли.

Континентальная кора почти всегда намного старше океанической. Поскольку континентальная кора редко разрушается и повторно используется в процессе субдукции, некоторые участки континентальной коры почти так же стары, как сама Земля.

Внеземная кора

Другие планеты земной группы нашей солнечной системы (Меркурий, Венера и Марс) и даже наша собственная Луна имеют корки.Как и Земля, эти внеземные корки образованы в основном силикатными минералами. Однако, в отличие от Земли, корки этих небесных тел не сформированы взаимодействием тектонических плит.

Несмотря на меньшие размеры Луны, лунная кора толще земной. Лунная кора не имеет однородной толщины и обычно имеет тенденцию быть толще на «дальней стороне», которая всегда обращена от Земли.

Хотя считается, что Меркурий, Венера и Марс не имеют тектонических плит, у них действительно есть динамическая геология.У Венеры, например, есть частично расплавленная мантия, но в коре Венеры не хватает воды, удерживаемой в ловушках, чтобы сделать ее такой же динамичной, как земная кора.

Между тем кора Марса представляет собой самые высокие горы в Солнечной системе. Эти горы на самом деле представляют собой потухшие вулканы, образовавшиеся в результате извержения расплавленной породы в одном и том же месте на поверхности Марса в течение миллионов лет. В результате извержений образовались огромные горы из богатых железом магматических пород, которые придают марсианской коре характерный красный оттенок.

Одна из самых вулканических корок в Солнечной системе — это корка спутника Юпитера Ио. Богатые сульфидные породы в ионической коре окрашивают Луну в пестрый набор желтых, зеленых, красных, черных и белых тонов.

Земная кора


Регионы Земли

Во-первых, давайте рассмотрим строение Земли. Планета состоит из трех основных оболочек: очень тонкой, хрупкой коры, мантии и ядра. Ядро составляет только 15 процентов объема Земли, тогда как мантия занимает 84 процента.Корочка составляет оставшийся 1 процент. Состав коры сильно отличается от состава Земли в целом. Тяжелые элементы отделены к центру, а более легкие — к поверхности.


Состав

Наиболее распространены минералы, имеющие
химический состав состоит из общих элементов, содержащихся в их
окружающая обстановка.

Земная кора на 95% состоит из магматических и метаморфических пород.
породы, 4% сланца, 0.75% песчаника и 0,25% известняка.
В
континентальная кора имеет средний состав, приблизительно равный
гранодиорит (от среднего до кремнистого магматического камня), тогда как океанический
земная кора имеет средний состав — базальтовый (с низким содержанием кремнезема
вулканическая порода).

Элемент Вес% Атом.% Объем%
О 46,60 62,55 ~ 94
Si 27.72 21,22 ~ 6
Al 8,13 6,47
Fe 5,00 1,92
Ca 3,63 1,94
Na 2,83 2,34
К 2.59 1,42
мг 2,09 1,84
Всего 98,59 100,00 100

Как видно из таблицы выше, кислород является наиболее распространенным минералом в земной коре, а наиболее распространенными минералами являются силикаты. (Мы поговорим об этом в следующий раз.)

Карбонаты также очень важны на поверхности Земли, потому что эти минералы образуются прямо или косвенно из углекислого газа в атмосфере.


Кора

Породы, составляющие кору, можно разделить на три типа.

  • Осадочные породы — породы, образовавшиеся в результате литификации отложений, химического осаждения или прямого биогенного осаждения. Некоторые распространенные типы — песчаник, сланец, уголь, известняк и коралл.
  • Магматические породы — камни, которые охлаждаются от магмы. Два наиболее распространенных типа — это гранит и базальт.
  • Метаморфические породы — породы, которые были изменены под воздействием высокого давления, температуры и / или химической реакции, еще находясь в твердом состоянии.Двумя распространенными типами являются мрамор, который получают из известняка, и сланец, получаемый из сланца.

Мантия

Мантия состоит в основном из силикатов железа и магния. Температура увеличивается с глубиной от 870 до 2200 ° C.

Core

Ядро в основном состоит из горячего (более 5000 ° C!) Металлического никеля и железа. Внешнее ядро ​​жидкое, но внутреннее твердое из-за более высокого давления.


Минеральная структура: плотная упаковка

Во многих минералах ионы имеют плотноупакованную структуру.То есть более крупные ионы, обычно анионы, упаковываются как можно плотнее, чтобы минимизировать пустое пространство. Ионы меньшего размера, обычно катионы, занимают дырки в структуре. Плотноупакованные структуры начинаются с гексагонально упакованного слоя. Представьте себе, что каждый анион — это сфера. Вокруг него упакованы 6 других анионов.

В любом плотноупакованном массиве ионов есть как октаэдрические, так и тетраэдрические дырки, в которых могут находиться ионы меньшего размера.

На этом рисунке изображены три слоя ионов.Посмотрите на первый слой. Есть дыры, окруженные 3 из этих анионов.

Мы добавляем второй слой (красный), чтобы каждый ион помещался в углубление в слое под ним. Некоторые дыры в первом слое закрыты другим ионом во втором слое. Это четырехгранные отверстия. Другие отверстия не закрываются таким образом. Катион большего размера мог бы поместиться в эти октаэдрические отверстия, которые окружены 3 анионами из одного слоя и 3 из другого слоя.

Третий слой покрывает эти октаэдрические дыры в наслоении ABC кубической плотноупакованной структуры (ccp).Если бы третий слой находился в положении, идентичном первому, структура имела бы гексагональную плотную упаковку (ГПУ).

    Наименьшей единицей, которая при повторении дает структуру материала, является элементарная ячейка. Ниже представлены три элементарные ячейки гексагональной плотноупакованной (ГЦК) структуры. Элементарная ячейка обозначена прямоугольником. Вы можете видеть, что нижний и верхний слои одинаковы для этой упаковки ABA …
    Слои в элементарной ячейке кубической плотноупакованной структуры труднее увидеть, поскольку они расположены по диагонали ячейки.В одной вершине находится один атом из слоя A, а в противоположной вершине — другой атом из следующего слоя A, поэтому элементарная ячейка содержит части слоев ABCA.


Прочие конструкции

Некоторые минералы образуют менее компактные структуры, чем два указанных выше. Кубические структуры имеют один слой непосредственно поверх другого. Объемноцентрированная кубическая упаковка анионов подобна кубической упаковке с дополнительным анионом в каждом кубическом отверстии. Наименьшей единицей, которая при повторении дает структуру материала, является элементарная ячейка.Элементарная ячейка для кубической, объемно-центрированной кубической и гранецентрированной кубической показана ниже. Гранецентрированный кубик — это еще одно название кубика с плотной упаковкой.

Элементарные ячейки можно классифицировать по их размерам (высота, ширина, длина; a, b, c) и углам.

Назад

Компас

Показатель

Вступление

Facebook

Следующий

Содержание элементов в земной коре

Элемент Символ Атомный номер % по массе в
Солнечной системе
Процент в Земле Процент в теле человека
Водород H 1 70.6 0,14 9,5
Гелий He 2 27,5 След След
Углерод C 6 0,30 0,03 18,5
Азот N 7 0,11 След 3,3
Кислород O 8 0,59 47 65
Натрий Na 11 0.0033 2,8 0,2
Магний Mg 12 0,0069 2,1 0,1
Фосфор P 15 След 0,07 1
Сера S 16 0,0396 0,03 0,3
Хлор Cl 17 След 0.01 0,2
Калий K 19 След 2,6 0,4
Кальций Ca 20 0,006 3,6 1,5
Железо Fe 26 0,12 5 След

Проценты даны в процентах по массе указанных элементов. Значения для солнечной системы получены от Арнетта, см. Ниже.Видно, что состав человеческого тела заметно отличается от содержания элементов в земной коре. Элементы, на которых основана жизнь, часто обозначаются комбинацией CHONPS, углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы. Обратите внимание, что азот редко встречается на Земле, но является основным компонентом белков, рабочих молекул жизни.

Индекс

Таблицы

Ссылка на данные
Audesirk & Audesirk
Ch 2, Table 2-1

Состав земной коры — химические элементы, минералы, горные породы

Кора представляет собой отчетливо выраженный внешний скальный слой Земли.Из чего сделана корочка? Ответ на этот вопрос зависит от того, хотим ли мы знать, из каких химических элементов, минералов или типов горных пород он состоит. Это может быть удивительно, но около дюжины химических элементов, минералов или типов горных пород — это все, что нужно для описания примерно 99% коры. Эта статья об этих действительно распространенных и, возможно, немного менее распространенных, но заслуживающих внимания строительных блоках земли под нашими ногами.

Обычные породы в земной коре. Магматические породы в первом ряду: гранит, габбро, базальт.Метаморфические породы второго ряда: гнейсы, сланцы, амфиболиты. Осадочные породы в третьем ряду: песчаник, сланец, известняк.

Наиболее распространенными химическими элементами в коре являются кислород (46,6%), кремний (27,7), алюминий (8,1), железо (5,0), кальций (3,6), калий (2,8), натрий (2,6) и магний. (2.1).

Эти цифры различаются в разных исследованиях, потому что у нас нет возможности узнать наверняка.

Это оценка химического состава земной коры, основанная на нашем понимании относительных пропорций различных типов горных пород в коре и их среднего состава.

Наше понимание наверняка ограничено, потому что средняя континентальная кора имеет толщину более 40 км, но у нас нет возможности взять ее непосредственно. Самые глубокие шахты достигают всего 4 км, а самая глубокая скважина — 12 км.

Элемент Массовый процент Общие минералы Камни обыкновенные
Кислород 46,6 Силикаты, оксиды и т. Д. Кислород чрезвычайно широко распространен в земной коре и очень реакционноспособен.Объемно незначительная часть всех минералов не содержит кислорода. Почти все обычные породы содержат кислород. Только сульфидные рудные тела и пласты эвапоритов почти не содержат кислорода, но в объемном отношении они относительно незначительны.
Кремний 27,7 Кремний содержит большую группу минералов, известных как силикаты. Кора более чем на 90% состоит из силикатных минералов. Кремний и кислород — два самых распространенных химических элемента в коре, которые также очень нравятся друг другу.Чистый оксид кремния известен как минеральный кварц, который составляет 12% корки. Нет ни одного обычного несиликатного минерала, содержащего кремний — кремний всегда соединяется с кислородом. Силикатные минералы являются строительными блоками наиболее распространенных типов горных пород (базальт, гранит, сланец, гнейс, песчаник и т. Д.). Карбонатные породы (известняк, доломитовая порода) и эвапориты (гипсовая порода, каменная соль) являются заметными исключениями. Они не содержат кремний, если они чистые. Непрозрачные рудные минералы (оксиды и сульфиды) часто являются второстепенными компонентами большинства типов пород.Они также не содержат кремния.
Алюминий 8,1 Очень широко распространен в силикатных минералах (полевой шпат, глинистые минералы, слюда). Гидроксиды алюминия (бемит, диаспор, гиббсит) экономически важны как минералы алюминиевой руды. Полевой шпат — очень распространенный минерал в коре, более половины (51%) корки состоит из этой группы минералов. Также распространены слюда и глинистые минералы, оба составляют около 5% корки. Следовательно, алюминий также чрезвычайно широко распространен.Однако обычно он не очень концентрирован в силикатных минералах. Алюминий из силикатных пород добывают очень редко. Боксит, который представляет собой богатый алюминием латерит, образующийся во влажных горячих областях, содержит гидроксиды алюминия и в основном добывается для получения алюминия. Алюминий в боксите — это остаток химического выветривания силикатных пород.
Утюг 5,0 Железо — широко распространенный элемент в минералах. Известными силикатными минералами, богатыми железом, являются пироксены, амфиболы, оливин, биотит черной слюды, гранат и т. Д.Железо также является важным элементом в осадочных породах. Он, как и алюминий, трудно растворить и унести с водой. Железо часто встречается в латеритной почве и образует минеральный оксид железа гематит цвета ржавчины. Гематит отвечает за красную окраску многих минералов и пород. Оксид железа магнетит распространен как акцессорный минерал в метаморфических и магматических породах. Пирит сульфида железа — самый распространенный сульфидный минерал. Железо также встречается в карбонатах (сидерит, анкерит), глинистых минералах (глауконит, хлорит).Железо — сильный хромофорный элемент, оно придает темную окраску минералам-хозяевам. Вот почему большинство пироксенов и амфиболов имеют черный цвет. Железо на самом деле является самым распространенным химическим элементом на всей Земле, но большая его часть находится в ядре. Базальт, габбро, амфиболит, зеленый сланец и т. Д. — самые известные породы земной коры, содержащие много железа. Существует большое количество типов горных пород, которые содержат значительное количество железа, но большая часть добываемого железа поступает из метаморфизованных осадочных пород, известных как BIF (полосчатая формация железа).
Кальций 3,6 Кальций тоже очень распространен. Он всегда присутствует в полевых шпатах плагиоклаза (39% корки), но количество кальция там варьируется. Наиболее важные пироксены и амфиболы (авгит и роговая обманка) содержат кальций. Кальций содержится во многих других силикатных минералах, таких как гранат, эпидот, волластонит, титанит и т. Д. Кальций является составной частью кальцита, который является очень важным минералом, главным образом в осадочных средах. Апатит фосфата кальция также является распространенным минералом.Гипс является основным минералом эвапорита, который представляет собой химически гидратированный сульфат кальция. Фторид кальция известен как минеральный флюорит. Одинаково успешно встречается в магматических, осадочных и метаморфических породах. Особенно известным кальцийсодержащим типом породы является известняк. Его метаморфический эквивалент — мрамор. Мрамор, как и известняк, состоит из кальцита. Кальцит — замечательный минерал. Существует даже магматическая порода, состоящая из чистого кальцита. Он известен как карбонатит, но очень редко встречается по сравнению с известняком и мрамором.Кальций обычно входит в состав минералов, таких как плагиоклаз, пироксены и амфиболы, в магматических породах. Основная кальцийсодержащая метаморфическая порода — амфиболит (метаморфизованный базальт, кальций содержится в роговой обманке и плагиоклазе). Фосфорит — еще одна важная осадочная порода, содержащая кальций (кальций содержится в фосфатном минерале апатите). Кальций также встречается в эвапоритах в виде минерального гипса.
Натрий 2,8 Натрий широко распространен в силикатных минералах.Это важный компонент как щелочного полевого шпата, так и плагиоклаза. Натрийсодержащие пироксены относительно редки. Натрий в амфиболах встречается несколько шире, но не в такой степени, как кальций. Известный натрийсодержащий силикатный минерал — турмалин. Натрий является важным компонентом фельдшпатоидов, но как фельдшпатоиды, так и минералы группы турмалина относительно редки. Основным натрийсодержащим минералом в осадочных средах является галит (NaCl). Магматические и метаморфические породы, содержащие полевой шпат.Большая часть натрия из выветрившихся магматических и метаморфических пород растворена в морской воде. Каменная соль — важнейшая осадочная порода, содержащая натрий.
Калий 2,6 Калий и натрий — схожие химические элементы как химически, так и геологически. Калий — важный компонент щелочного полевого шпата. Большинство щелочных полевых шпатов содержат намного больше калия, чем натрия, и поэтому их часто называют калиевыми полевыми шпатами. Важными калийсодержащими силикатными минералами являются слюды (5% корки).Биотит и мусковит — самые важные слюды, и оба они содержат калий. Наиболее важным осадочным минералом, содержащим калий, является сильвит (KCl). Щелочные полевые шпаты и слюды — обычные породы в силикатных магматических и метаморфических породах (гранит, гнейс, сланец и т. Д.). Большая часть калия из выветрившихся магматических и метаморфических пород растворена в морской воде. Сильвит не так распространен эвапорит, как галит (каменная соль), потому что для осаждения сильвита требуется гораздо более высокая скорость испарения.
Магний 2,1 Магний очень широко распространен в мантии под корой. Оливин и пироксен являются наиболее важными минералами, содержащими магний, и эти минералы также входят в состав некоторых горных пород земной коры, особенно темных магматических пород. Амфиболы также содержат магний, но в меньшем количестве, чем пироксены. Ион магния по размеру похож на железо и поэтому может легко заменить железо в решетке минералов. Так обстоит дело с оливином, пироксенами, амфиболами и даже слюдами (флогопит — это богатая магнием разновидность биотита).Важными минералами, богатыми магнием, в метаморфических породах являются тальк и серпентин. Магний в осадочной среде встречается в основном в карбонатах, доломите и магнезите. В морской воде растворено много магния. Магний добывается из морской воды. Важными магнезиальными магматическими породами являются ультраосновные породы (перидотит, пироксенит). Породы, содержащие много пироксенов, такие как базальт и габбро, также содержат Mg, но в меньшей степени. Метаморфические магнезиальные породы представлены серпентинитами и тальковыми сланцами.Наиболее важной осадочной породой, содержащей магний, является доломитовая порода, которая представляет собой бывший известняк, преобразованный в доломит богатой магнием метеорной водой, просачивающей известняк.
Прочие 1,5 Другими общими элементами земной коры являются титан, водород, фосфор, марганец, фтор и т. Д. Их присутствие несколько более ограничено, но все они являются важными элементами в минералах и горных породах. Водород на самом деле является чрезвычайно распространенным компонентом широкого спектра минералов, но это самый легкий химический элемент, и поэтому он не составляет значительной части коры по массе.

Более 90% земной коры состоит из силикатных минералов. Самыми распространенными силикатами являются полевые шпаты (плагиоклаз (39%) и щелочной полевой шпат (12%)). Другими распространенными силикатными минералами являются кварц (12%), пироксены (11%), амфиболы (5%), слюды (5%) и глинистые минералы (5%). Остальная часть силикатного семейства составляет 3% корки. Только 8% корки состоит из несиликатов — карбонатов, оксидов, сульфидов и т. Д.

Если эти минералы действительно настолько распространены, мы все должны быть более чем знакомы с ними.Да, думаю, да. Даже если мы не знаем, как их назвать, мы наверняка их видели. Для большинства людей упомянутые выше силикаты настолько скучны и банальны, что мы, вероятно, не замечаем их и не обращаем на них внимания. Ниже представлена ​​подборка фотографий, показывающих эти минералы в их естественной среде обитания (обнажения пород и образцы рук). Я намеренно показываю минералы в породах, потому что именно так они встречаются в коре. На красивые образцы с идеальными гранями кристалла приятно смотреть, но они редко встречаются в коре.Я не ценю такие кристаллы как учебный материал. Самостоятельно их найти крайне маловероятно, и поэтому они мало нас учат.

Плагиоклаз — важнейший минерал земной коры. Это обычное явление в основных магматических породах, таких как образец диабаза выше. Белые удлиненные вкрапленники в более мелкой основной массе базальта представляют собой кристаллы плагиоклаза. Черные кристаллы относятся к пироксену (минерал авгит). И авгит, и плагиоклаз встречаются также в тонкозернистой основной массе.Перед извержением магмы медленно образовывались крупные кристаллы, а остальные быстро затвердевали. Плагиоклаз настолько распространен, потому что базальтовые породы и их метаморфические эквиваленты очень широко распространены. Большая часть океанической коры состоит из базальтовых пород. Образец взят из Тенерифе, Канарские острова. Ширина образца 14 см.

Еще один образец базальтовой породы, но на этот раз с большим количеством оливина. Оливин (зеленый) плотнее плагиоклаза и пироксена (оба присутствуют в основной массе) и поэтому опускается на дно лавовых потоков, где образуются оливиновые кумулятивные породы.Этот образец оливинового базальта был добыт на острове Оаху, Гавайи. Ширина образца 6 см.

Глинистые минералы слишком малы, чтобы их можно было показать по отдельности. Даже в световой микроскоп вы увидите только грязь или пыль, в зависимости от того, влажные или сухие эти минералы. Глинистые минералы — это силикаты, которые являются продуктами выветривания других силикатных минералов, в основном полевых шпатов. Снимок сделан в глиняном карьере в Эстонии.

Биотит — один из двух основных минералов слюды.Другой — светлый мусковит. Образец из Эвье, Норвегия. Ширина образца 11 см.

Породы делятся на три большие группы: магматические, метаморфические и осадочные породы. Океаническая кора в основном состоит из базальтовых магматических пород, покрытых тонким слоем отложений, наиболее толстых у окраин континентальных массивов суши. Континентальная кора намного толще и старше. Континентальная кора также гораздо более изменчива и структурно очень сложна.Практически все типы горных пород, известные человеку, встречаются в континентальной коре. Даже метеориты, ксенолиты из мантии и офиолиты (фрагмент бывшей океанической коры) являются составными частями континентальной коры, потому что именно там мы их нашли.

Примерно три четверти континентальной коры покрыто осадочными породами, и почти вся она покрыта рыхлыми отложениями (почвой, песком, грязью и т. Д.). Скорее всего, мы встретим эти материалы, но важно понимать, что, несмотря на то, что они настолько широко распространены на поверхности, они составляют лишь около 8% от всей массы корки.Осадки консолидируются в осадочные породы после захоронения. Песок превращается в песчаник, известковая грязь — в известняк, глина — в аргиллит. Осадочные породы устойчивы только в верхних частях коры. Высокое давление и температура в более глубоких частях метаморфизируют их (минералы перекристаллизовываются) в различные метаморфические породы. Основная часть континентальной коры состоит из метаморфических пород. Магматические породы также распространены на поверхности в вулканически активных регионах, но они также встречаются и глубже в земной коре в виде гранитных (в основном) интрузий.

Важные отложения — это песок, глина, ил (влажная смесь глины и мелкого песка) и известковый ил. Распространенными осадочными породами являются известняк (2% коры по объему), песчаник (1,7%), аргиллиты (4,2%), которые представляют собой литифицированные версии рыхлых отложений, упомянутых ранее. Химические отложения, такие как галит и гипс, также важны, но их общий объем явно меньше 1% корки. Важными магматическими породами являются гранит, гранодиорит, габбро, базальт, диорит, андезит и др.Очень сложно сказать, каков процент этих пород. Важные метаморфические породы являются метаморфизованными эквивалентами широко распространенных осадочных и магматических пород. Обычными метаморфическими породами являются сланец (метаморфизованный аргиллит), сланец (мет. Аргиллит, более высокое содержание, чем сланец), кварцит (мет. Песчаник), мрамор (мет. Известняк), гнейс (мет. Вулканическая порода или осадочные породы), амфиболит (мет. базальтовые породы).

Осадки и осадочные породы

Большая часть карбонатных пород когда-то была карбонатной грязью на морском дне.Эта грязь состоит из крошечных карбонатных панцирей фораминифер, кокколитофорид, брюхоногих моллюсков и т. Д. Этот образец представляет собой коралловый песок с Бермудских островов, состоящий из кусочков коралловых рифов и раковин. Ширина обзора 32 мм.

Песчаник — литифицированный песок. Этот образец песка представляет собой дюнный песок из пустыни Гоби, Монголия. Ширина обзора 10 мм.

Известняк обычно состоит из известняковых остатков морских живых форм. Иногда они достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.Это окаменелый известняк из Эстонии (ордовик) с окаменелостями трилобитов, брахиопод, мшанок и др. Ширина образца 16 см.

Гипс — минерал эвапорита. Эвапориты — это водорастворимые химические отложения, которые кристаллизуются из концентрированной (высокой солености) морской воды в лагунах. Снимок сделан на Кипре.

Песчаник — литифицированный песок. Красноватый цвет обусловлен тонким порошком гематита (оксида железа), который покрывает зерна кварца, составляющие большую часть осадка.Обнажение девонского песчаника в Эстонии.

Известняк в большинстве случаев представляет собой литифицированную известковую грязь. Обнажение силурийского известняка на Сааремаа, Эстония.

Аргиллит (альтернативные названия — сланец, аргиллит и аргиллит) — это литифицированный ил. Обнажение в Шотландии. Молоток для масштаба. Аргиллиты — самые распространенные осадочные породы.

Аргиллиты в большинстве случаев образуются при движении быстро движущейся подводной лавины илистой воды с континентального склона.Такой поток осадка известен как поток мутности. Последовательность мутности обычно состоит из множества чередующихся слоев алевролита (очень мелкого песчаника) и ила. Ил оседает быстрее, чем глинистые минералы, и поэтому каждое течение состоит из двух отдельных слоев (их может быть и больше). Вот изображение темного аргиллита и светлого алевролита под ним. Эти образцы взяты из мутного потока из Испании. Образцы взяты из одного обнажения, но там их не было рядом.Ширина образцов около 20 см.

Обнажение турбидита в Марокко. Подобные осадочные толщи ранее были известны как флиш. Этот термин в настоящее время используется редко, потому что объяснение того, как образуется флиш, явно устарело. Раньше это было неотъемлемой частью геосинклинальной теории, которая пыталась объяснить процесс горообразования до того, как мы поняли, что существует гораздо лучшее объяснение, известное как тектоника плит.

Магматические породы

Магматические породы классифицируются по содержанию кремнезема.Камни, содержащие много кремнезема, обычно светлые. Наиболее важные минералы — полевой шпат и кварц. Эти породы называются кислыми породами (полевой шпат + кремнезем). Обычные кислые породы — гранит и риолит. В основных породах мало кремнезема, но относительно много магния и железа. Они имеют темный цвет и названы основными породами (магний + железо). Однако, независимо от того, кислые они или основные, эти породы всегда содержат гораздо больше кремния, чем магния или железа. Важными минералами в основных породах являются пироксен, плагиоклаз, а иногда также оливин или амфибол.Встречаются также породы промежуточного состава (диорит и андезит).

Магматические породы далее подразделяются на интрузивные (плутонические) и экструзивные (вулканические). Интрузивные породы представляют собой крупно- и экструзионные породы мелкозернистые. Гранит, диорит и габбро — интрузивные породы. Риолит, андезит и базальт — вулканические породы. Фельзитовые породы гораздо более вязкие и поэтому относительно редко выходят на поверхность. Обычно они затвердевают в виде интрузивных пород. Следовательно, гранит является очень распространенным типом горных пород, в то время как риолит не редкость, но нигде не так широко распространен, как гранит.С мафическими породами дело обстоит иначе. Базальтовая магма менее вязкая и относительно легко выходит на поверхность. Базальт — очень распространенный тип горных пород, особенно в верхней части океанической коры. Андезит находится где-то посередине. Это довольно распространенный тип пород, связанный с вулканизмом зоны субдукции, но не такой распространенный, как базальт.

Кстати, средний состав континентальной коры — андезитовый. Следовательно, мы полагаем, что это дает нам представление о том, как формировалась континентальная кора.Именно вулканизм зоны субдукции создает промежуточную по составу лаву, менее плотную, чем базальтовые породы океанической коры, и поэтому не может нырять обратно в мантию. Таким образом, континентальная кора не перерабатывается конвейерной лентой океанической коры и со временем может становиться все больше и больше.

Риолит — вулканический эквивалент гранита. Образец из Шотландии шириной 8 см.

Габбро — основная интрузивная порода.Образец с Кипра (из офиолита Троодос, который представляет собой бывшую океаническую кору) имеет ширину 7 см.

Базальт — вулканический эквивалент габбро. Образец из Северной Ирландии шириной 8 см.

Андезит — обычная вулканическая порода, которая по составу занимает промежуточное положение между основными и кислыми породами. Белый минерал — плагиоклаз. Ширина образца с Санторини — 7 см.

Метаморфические породы

Этот тип породы когда-то был песчаником, но он был похоронен настолько глубоко, что зерна кварца слились вместе и образовали твердую метаморфическую породу, известную как кварцит.Образец из Ирландии.

Мрамор представляет собой метаморфизованный известняк. Он состоит из кальцита. Обнажение находится в Карелии, Россия.

Сланец — метаморфическая порода с сильным слоистым слоем, скорее всего, метаморфизованный аргиллит. Фотография сделана в Шотландии.

Ручной образец сланца из Испании. Ширина образца 9 см.

Хлоритовый сланец — это метаморфизованная основная магматическая порода, которая богата железосодержащим зеленым листовым силикатным минералом хлоритом, который дает сланцевую трещину в породе.Ширина образца 13 см.

Гнейс — очень распространенная метаморфическая порода. Возможно, до пятой части коры сложено гнейсовидными породами. Карелия, Россия. Этот образец имеет состав обычного гранита: розовый калиевый полевой шпат, серый кварц и черный биотит. Ширина образца 11 см.

Маршалл, Клэр П. и Фэйрбридж, Родс В. (ред.). Энциклопедия геохимии (энциклопедия серии наук о Земле). Springer.

Восемь наиболее распространенных элементов в земной коре

Обновлено 4 марта 2020 г.

Розанн Козловски

Рецензент: Лана Бандойм, Б.S.

Внешняя поверхность Земли называется литосферой или земной корой. Этот жесткий слой содержит как океаны, так и суши. Большинство элементов содержится в земной коре лишь в следовых количествах, но некоторые из них имеются в большом количестве.

Элементы и соединения

В природе 92 элемента, от водорода до урана, и земная кора содержит почти все из них.

Напомним, что элемент — это вещество, которое не может быть разрушено химическими средствами.Атомы определенного элемента имеют одинаковое количество протонов в ядре. В периодической таблице элементы обозначены символом, например O для кислорода.

Когда два или более элемента объединяются, образуется соединение. Примером является тетраоксид кремния SiO 4 , соединение кислорода и кремния.

Кислород: самый распространенный элемент в земной коре

Кислород , O 2 , безусловно, самый распространенный элемент в земной коре ( 46).6 процентов , почти половина массы корки.

Кислород — это элемент с высокой реакционной способностью, способный соединяться со многими другими элементами с образованием соединений. Он легко соединяется с кремнием (Si) с образованием силикатных минералов или с железом (Fe) с образованием различных соединений железной руды.

Кремний: второй по численности элемент в земной коре

Кремний , Si, представляет собой металлоид, второй по распространенности элемент в земной коре, и на его долю приходится 28 процентов массы коры.

В сочетании с кислородом образует силикатные материалы, такие как диоксид кремния, SiO 2 . Песок состоит в основном из диоксида кремния, а кварц и другие кристаллические породы образованы из других силикатных материалов. Кремний также является важным материалом при производстве электроники и компьютерных микросхем.

Алюминий: самый распространенный металл после перехода

Алюминий , Al, является третьим по распространенности элементом в земной коре с 8,1 процента массы коры.

Весь земной алюминий соединяется с другими элементами, образуя соединения, и он никогда не встречается как одинокий элемент. Оксид алюминия (Al 2 O 3 ), гидроксид алюминия (Al (OH) 3 ) и сульфат алюминия калия (KAl (SO 4 ) 2 ) являются распространенными соединениями алюминия. Алюминий и алюминиевые сплавы находят множество применений — от кухонной фольги до производства ракет.

Железо: переходный металл

Железо , Fe, является четвертым по распространенности элементом в земной коре, составляя более 5 процентов массы коры.

Железо в основном получают из минералов гематита и магнетита. Из всего рафинированного металла в настоящее время 90 процентов составляет железо, в основном для производства стали, сплава углерода и железа. Железо также является важным питательным веществом в организме человека.

Кальций: самый распространенный щелочноземельный металл в земной коре

Кальций , Ca, является самым распространенным щелочноземельным элементом в земной коре и составляет примерно 3,6 процента земной коры.

Этот пятый по распространенности элемент в земной коре является химически активным элементом, который легко образует соединения с кислородом и водой и не встречается в природе в свободном виде. Производители используют соединения кальция во многих областях, включая гипсокартон, мел и зубную пасту.

Натрий: самый распространенный щелочной металл в земной коре

Натрий , Na, является самым распространенным щелочным металлом в земной коре и составляет 2,8 процента земной коры.

Шестой по распространенности элемент наиболее известен как часть соединения, из которого производится поваренная соль, хлорида натрия (NaCl). Натрий обладает высокой реакционной способностью и не встречается как одиночный элемент. Он входит в состав многих полезных соединений, таких как пищевая сода, каустическая сода и бура. Натриевые лампы излучают яркий желто-оранжевый свет и широко используются для освещения дорог и парковок.

Калий: щелочной металл

Калий , K, составляет около 2,6 процента земной коры и является седьмым по распространенности элементом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.