Состав Земли и земной коры

Земная кора почти на 50 % состоит из атомов кислорода, а первые три элемента (O, Si и Al) составляют более 80 % ее массы.

В 1889 г. американский ученый Кларк впервые определил средний химический состав земной коры на основании химических анализов всех известных в его время горных пород ( 6000 анализов). С тех пор многие ученые занимались уточнениями средних средних данных химического состава земной коры. результаты этих исследований приведены в таблицу-1 и таблицу-2.

Анализ таблиц показывает, что земная кора  почти на 50 % состоит из атомов кислорода, а первые три элемента (O, Si и Al) составляют более 80 % ее массы. Некоторую роль играют железо, кальций, натрий, калий, магний и титан. Эти девять элементов составляют по массе почти 99,3%. Для Земли в целом эти соотношения немного нарушаются за счет резкого увеличения содержания железа( железоникелевое ядро Земли).

Читай также строение Земли

Все остальные элементы встречаются настолько редко, что не оказывают существенного влияния на состав и свойства вещества земной коры.В чистом виде химические элементы встречаются в земной коре крайне редко, обычно они образуют химические соединения более или менее постоянного состава.Эти однородные по составу и строению природные химические ( преимущественно неорганические) соединения, возникающие в результате разнообразных процессов, происходящих внутри Земной коры и на ее поверхности называют минералами.

Различные минеральные ассоциации, объединенные происхождением(генезисом), создают горные породы, слагающие земную кору.

Таблица-1. Средний состав Земли и земной коры ,% по массе( по Беусу А.А.,1972 г.)

* Примечание: По современным представлениям в литосферу ( или стеносферу ) включают всю земную кору и часть верхней мантии ( до астеносферы).

Таблица-2. Средняя распространенность для первых десяти химических элементов в земной коре,% по массе и их минеральная продуктивность ( по данным различных авторов)*

* Примечание: Данные Ф. Кларка и Г. Вашингтона относятся к верхнему 16-километровому слою земной коры, данные А.П. Виноградова и С.Р. Тейлора -к составу всей земной коры в современном понимании. А.Е. Ферсман приводит средний состав земной коры вместе с гидросферой и атмосферой.Данные А.А.Беуса характеризуют всю земную кору без осадочной оболочки.Данные последних трех авторов можно считать более достоверными.

Инженерно-геологические процессы

Геологические процессы и их роль в развитии земной коры

Процессы, вызывающие изменения в составе и строении земной коры, а также образование и разрушение горных пород, называют геологическими процессами. Их изучает динамическая геология. По времени геологические процессы могут происходить в разные сроки: одни завершаются быстро, например извержения вулканов, землетрясения, горные обвалы и т.п.( как правило, такие процессы происходят эпизодически, нерегулярно). Другие совершаются постоянно, непрерывно, но зато  чрезвычайно медленно-десятки и сотни тысячелетий и более.

Читай также тепловой режим Земли

Например, водопад размывает горную породу , на которую падает вода, но темпы этого размывания очень медленные. Такой мощный водопад, как Ниагара развивает механическую силу в 147 ·10 ⁸ Вт, а размывает свой порог со скоростью 30 мм в год. накопление лёсса в Северном Китае происходит со скоростью ∼1 мм в год.

Геологические процессы могут происходить только под влиянием каких-либо сил, а для возникновения силы нужна энергия.Источниками энергии на Земле являются тепловая энергия Солнца и внутренняя тепловая энергия ( главным образом энергия радиоактивного распада).В соответствии с источниками энергии рассматривают две группы геологических процессов :1) внутренней динамики Земли-эндогенные процессы; 2)внешней динамики земли-экзогенные процессы.

Эндогенные процессы проявляются в виде разнообразных тектонических движений земной коры, метаморфизма (преобразования), землетресений, магматизма-перемещения расплавленных масс глубинного вещества Земли -магмы и другие.Все они протекают, как правило, в условиях больших температур и давлений.

Все эндогенные процессы сводятся к движению и перераспределению материи, слагающей Землю, к переходу ее из одного состояния в другое, из одних форм в другие.Эндогенные процессы приводят к образованию гор и впадин, плоскогорий и низменностей, разломов и нарушений в земной коре. Они формируют лик Земли-ее рельеф.

Экзогенные геологические процессы

Экзогенные процессы протекают в земной коре при участии лучистой энергии Солнца, вращения Земли, притяжения Луны и Солнца. Принято выделять следующие экзогенные процессы: выветривание( гипергенез), работу ветра, деятельность льда и снега, работу вод поверхностного, речного и подземного стока, геологическую деятельность океанов и морей, озер и болот и т. д.

Они идут при низких температурах и давлениях в условиях взаимодействия физических и химических агентов атмосферы, гидросферы и атмосферы  на земную кору. Экзогенные процессы проявляются в непрерывном разрушении и изменении поверхности Земли под действием атмосферных и подземных вод, рек и ледников, морей и океанов, физических и химических процессов при выветривании ( включая растительные и животные организмы).

Экзогенные процессы направлены к тому, чтобы выровнять земную поверхность, снивелировать неровности ее рельефа. Эндогенные и экзогенные процессы проявляются во взаимосвязи: они находятся в постоянной борьбе, в противоречии. В непрерывной борьбе этих противоположных сил протекает вся геологическая история развития земной коры.

Внешние агенты постоянно разрушают то, что создано эндогенными процессами и одновременно создают новые формы материи, устойчивые в обновленной среде.Эндогенные процессы в свою очередь преобразуют то, что создано на поверхности Земли. Инженерная деятельность человека является источником ряда инженерно-геологических явлений, которые должны учитываться при изучении инженерно-геологических условий строительных площадок.

Ф.П. Саваренский относит к важнейшим инженерно-геологических явлениям: уничтожение и разрушение полезных площадей при разработке месторождений полезных ископаемых; оседание поверхности земли при значительных откачках подземных вод, нефти и газа; затопление и подтопление территорий при постройке плотин; вторичное засоление горных пород при орошении территорий.

Взаимосвязь различных явлений отчетливо проявляется при изучении взаимного влияния природных геологических процессов и процессов инженерно-строительной деятельности людей. Так, например, сооружение плотины изменяет режим реки.Создание перед плотиной искусственное озеро или море будет размывать свои берега уже по законам морского режима.

При постройке моста через реку его опоры будут сужать русло.Скорость течения в этом месте увеличится и следовательно может произойти размыв речного дна  около опор моста.Действие природных геологических процессов сказывается на существовании зданий и сооружений.Фундаменты выстроенных зданий могут преградить путь природному потоку подземных вод, в результате чего будет происходить подмыв фундаментов , и в зданиях возникнут разрушающие деформации.

Некоторые горные породы, устойчивые в естественных условиях при увлажнении под нагрузкой способны разрушаться и давать резкие просадки и провалы, при этом выстроенные здания теряют устойчивость и разрушаются. Изучение геологических процессов дает богатейший фактический материал для подтверждения основных положений методологии о движении и развитии в природе и   обществе, о взаимосвязи и обусловленности явлений.

Читай далее продолжение статьи