Астеносфера, литосфера и кора

Астеносфера (от трем, а и sthenos — не твердая) представляет собой второй верхний слой верхней мантии. Первым слоем является субстрат. Кровля астеносферы лежит на глубинах 50—70 км. Ее мощность, как правило, не превышает 200 км, но может достигать и 250 км. Одной из характерной особенностей астеносферы является пониженная скорость распространения поперечных сейсмологических волн приблизительно до 8 км/с. В слоях, расположенных выше и ниже астеносферы, указанная скорость выше по крайней мере на 0,4 км/с.

Вторая особенность астеносферы состоит в ее специфической вязкости. Вязкость слоев, обрамляющих астеносферу, выше ее вязкости самое малое в десять раз. Исходя из этого обстоятельства, часто делается вывод, что вещество астеносферы находится в жидком состоянии. Это не так. Вязкость вещества астеносферы превышает вязкость жидкостей, по крайней мере, в миллионы раз. Правильно считать, что вещество астеносферы находится в твердом состоянии, но с достаточно отчетливо выраженными пластическими свойствами. В силу их наличия оказывается возможным как медленное течение вещества астеносферы, так и столь же медленное перемещение на ее поверхности литосферных плит. В силу высоких температур вещества астеносферы, достигающих 1300 °C и более, некоторая его часть находится в жидко-расплавленпом состоянии. Но она составляет не более 5% от всего массива астеносферы. Считается, что результатом, с одной стороны, подогрева астеносферы расположенными ниже ее слоями мантии, с другой стороны, давления, оказываемого на нее литосферами, приводит к наличию в ней конвективных потоков. Механизм функционирования этих потоков не вполне ясен.

Выше астеносферы находится литосфера, которая может рассматриваться как единый твердый моноблок, «плавающий» на пластической астеносфере. Разумеется, этот блок не однороден. Он включает земную кору, границу Мохоровичича и субстратный слой верхней мантии. Скорости распространения в этих трех средах различны, но все они являются твердыми веществами. При дальнейшей детализации устройства литосферы различают материковую и океаническую кору, каждая из которых, в свою очередь, имеет определенное строение. Материковая кора составляет 40%, а океаническая кора 60% поверхности Земли. Вся кора составляет всего 1% объема Земли и 0,5% ее массы. Часто различают также материковую и океаническую литосферу.

Рис. 4.2. Строение коры Земли.

Мощность (толщина) материковой коры значительно превосходит мощность океанической коры (35—70 км против 3—12 км). Вещество океанической коры более плотно, чем вещество материковой коры (3,3 и 2,7 г/см³). Континентальная кора состоит из осадочного, гранитового и базальтового слоев. Океаническая кора включает только осадочный и базальтовый слои. Указанное расхождение, видимо, объясняется тем, что в океанической коре, в частности в силу ее недостаточной толщины, не создаются те условия, которые стимулировали бы образование гранитов. К тому же необходимо учитывать, что термины «гранитовый слой», «базальтовый слой» не означают, что соответствующие слои состоят исключительно из гранитов или базальтов. В них действительно много этих пород, но термины подчеркивают не только это обстоятельство. Они указывают на среднее значение ряда физико-геологических характеристик, например скорости сейсмических волн, которое соответствует параметрам гранитов или базальтов.

При характеристике устройства коры Земли (рис. 4.2) различают горные породы трех типов — осадочные, магматические и метаморфические. Осадочные породы являются результатом выветривания или разрушения горных пород, выпадения гидросферных и атмосферных осадков, жизнедеятельности организмов и смены их поколений. Магматические горные породы, как свидетельствует их название, образовались в результате затвердения магмы. Именно они образуют базальты. Метаморфические горные породы — результат довольно резких изменений физико-химических условий, складывающихся при увеличении температуры и давления, циркуляции водных растворов и взаимодействия с ними горных пород, тектонических деформаций, падения на Землю крупных метеоритов. Метаморфические горные породы образуются глубоко в коре Земли. Ярким их представителем как раз и являются граниты. Если нет соответствующих метаморфических условий, то граниты не образуются. В силу этого обстоятельства граниты не всегда сопровождают базальты. Именно это имеет место в случае океанической коры.

Что касается так называемого субстратного слоя верхней мантии, то по химическому составу он значительно ближе к океанической, чем к континентальной, коре. По сравнению с океанической корой он обогащен оксидом магния. Химический состав субстратного вещества определяется теми фазовыми переходами, которые являются типологическими именно для него. Основными составляющими субстратного слоя являются пироксены и оливины.

Выше была упомянута граница Мохоровичича (Мохо), названная так в честь ее открывателя, хорватского геолога. По свой форме она представляет собой зеркальное отражение рельефа внешней поверхности литосферы: под океанами ее толщина от 5 до 10 км, а под континентами — от 20 до 90 км.

Выводы

• • Астеносфера отличается от литосферы, прежде всего, своей вязкостью и, следовател ы ю, пластин ностью.
• • Литосфера вместе с корой Земли и границей Мохо образует комплексное системное образование.
• • Кора Земли имеет слоистый характер. Достаточно резко отличаются друг от друга континентальная и океаническая кора.