Земная кора, по В.И. Вернадскому.
XVIII-XVIII вв. В то время поверхностную земную кору считали остатком коры первого затвердения жидкой расплавленной массы нашей планеты — в древние, совершенно гипотетические периоды своего бытия. Эти ходячие но неверные идеи ничего не имеют общего с реальной земной корой, изучаемой в геохимии.Легко убедиться, что земная кора нигде не проявляет признаков существования первичной, гипотетической коры. Она имеет с ней общим одно только имя. Земная кора есть верхняя область планеты, сложная по своему строению и по своему происхождению, эмпирически устанавливаемая. Снизу она ограничена изостатической поверхностью, обладает мощностью в 60-100 км. Ее можно расчленить на отдельные оболочки, начиная сверху:
1. ионосфера, стратосфера, биосфера;
2. стратисфера, метаморфическая оболочка.
3. гранитная оболочка, базальтовая (основная) оболочка. Эти оболочки определяют ту область земного шара, в пределах которой только идут геохимические процессы. Ниже лежит область земного вещества, о которой мы имеем очень неточные и неполные представления. Едва-ли можно с значительной уверенностью при современном уровне научного знания в геохимических научных исканиях пользоваться господствующими нашими представлениями о состоянии вещества и характере химических процессов, существующих и могущих быть ниже земной коры. В этой области однако идет большая научная работа, но сейчас с пользой для дела и надеждой на успех, ниже земной коры, в геохимических явлениях делать не можем. И в то же время, делая это, мы погашаем искания, создавая иллюзию знания там, где господствуют научная догадка и экстраполяция.
Земная кора является самодавлеющим целым, обладает определенной организованностью, автократией — процессы в ней начинаются и в ней заканчиваются.
Их изучение стоит на первом месте как задача дня геохимии. Только при таком подходе можно определить, в чем проявляется на нашем эмпирическом геохимическом материале влияние более глубоких слоев. Основной чертой строения земной коры является то, что это единственная область планеты, где существуют и могут проявляться, всем нам известные — и определяющие жизнь и окружающую ее среду — физические состояния материи:
- твердое, жидкое и газообразное.
Это единственная область планеты, где они все могут существовать. Этот признак правильно принять за исходный, для выделения области геосфер, так как возможно, что нет того совпадения области земной коры с границей изостатической поверхности, которая часто берется как нижняя граница земной коры.
Уже на 60 км вниз от уровня геоида под сушей давление достигает примерно 30 тыс. ат/см2 , при котором исчезает различие между твердым (кристаллическим), жидким и газообразным состояниями.
Вещество пластическое и упругое обладает новыми, совершенно нам чуждыми проявлениями. Мы реально даже представить себе его не можем, так как не умеем образно выразить мир под такими давлениями.
Реальная граница, указывающая на резкую смену свойств вещества планеты, в свете новых данных, опускается до 100-120 км и в таком случае явно выходит за пределы земной коры, если в основу ее мы положим сосуществование трех фаз земного вещества.
Важнейшие геохимические свойства геосфер земной коры:
1. Химические элементы в них находятся в устойчивых динамических равновесиях, различных для каждой геосферы.
2. Они переходят — реально перемещаются — в течении геологического времени, из одной геосферы в другую.
3. Состояние элементов — отвечающие им равновесия — изменяются, когда химические элементы переходят из одной геосферы в другую. Это изменение происходит периодично, медленно или внезапно.
История большинства химических элементов в земной коре — всех циклических, значительной части рассеянных и сильно радиоактивных элементов и РЗЭ, - характеризуется замкнутыми круговыми процессами, которые соответствуют изменениям равновесий химических элементов в различных земных оболочках в течении достаточно продолжительного геологического времени. Они соответствуют по крайней мере 99.8% (по весу) всего вещества земной коры. Весовая часть атомов, не охваченная круговыми циклами, играет исключительную по значению роль в механизме земной коры. Эти круговые процессы можно проследить из биосферы до основной (базальтовой) оболочки и обратно. Область круговых процессов — земная кора — в вертикальном разрезе, не превышает 130-140 км. Фактор РТ, обусловил наличие термодинамических оболочек.
В текущей работе, охватывая явление в первом научно точном приближении, изучая их в биосфере, удобно упростить наши представления и объединять в единое целое более глубокие геосферы при изучении круговых геохимических процессов. Вадозные — элементы и минералы биосферы, процессы, происходящие в биосфере. Фреатические — явления происходящие в стратисфере и в верхней метаморфической геосферферы.
Ювенильные — нижняя метаморфическая и ниже.
Одновременно удобно различать:
1. круговые процессы, соответствующие нескольким таким термодинамическим оболочкам;
и,
2. те же процессы, происходящие в пределах одной термодинамической оболочки.
Первые отвечают более глубоким и мощным явлениям, чем процессы, сосредоточенные в одной такой термодинамической оболочке. Энергия геохимических круговых процессов. Самый важный факт в этих первичных циклах — это круговорот медленный, но постоянный химических элементов из одной геосферы в другую. Это движение происходит в результате геологических процессов, и есть проявление энергии, источник которой различен. Геохимическая история химических элементов в значительной мере основана на изучении законов таких миграций атомов. Первый факт требующий определения — это область земной коры, занятая этими миграциями, сводимыми к обратимым процессам, в которых в чистом их виде — химические элементы всегда возвращаются в свое исходное состояние. Таким образом, никаких потерь химических элементов не должно быть, они всегда должны оставаться в границах поля, в котором эти обратимые явления происходят. Есть определенная область миграции атомов. Л. Тейсеран де-Бор и Р. Ассманн — независимо различили — тропосферу и стратосферу. Они доказали, что выше почти не происходит обмена газовых масс (от уровня геоида). Границей служит слой минимальной температуры -100-980 С. Кверху и книзу от этого слоя температура повышается. Слой этот как всякая газовая масса в сложных явлениях равновесия, пронизываемая излучениями разной меняющейся энергии, колеблется в известных пределах от уровня геоида и лежит выше над экватором Земли, чем над полюсом.
Газы стратосферы, находящиеся наверху, очень независимы от движения вещества на земной поверхности, и хотя существует обмен между веществом этих высоких областей, веществом стратосферы и поверхности земли, этот обмен совершается крайне медленно. Несомненно, в течение геологического времени, он не будет незаметной величиной. В тропосфере количественно чувствуются отголоски геохимических обратимых процессов. Мощность тропосферы различная у экватора и у полюсов, над континентами и над океанами, несколько изменчива и должна колебаться в пределах от 9 до 13 км. Она более мощна к полюсам.
Можно считать, что нижней границей всей земной коры является изостатическая поверхность планеты, отделяющая поверхностную ее область, явно разнородную с гравиметрической точки зрения, то-есть, разнородную по удельному весу составляющих ее пород — от гравиметрически однородной области, глубинной. Если исключить гидросферу, удельный вес которой 1.03, различия в удельном весе больших участков поверхностной части планеты не превысят в общем 5%, поднимаясь иногда до 10%.
Все указывает, что глубинные части земной коры гораздо более однородны в этом отношении: их удельный вес одинаков на одном и том же уровне (считая от центра Земли или от поверхности геоида), то-есть, мы имеем правильную смену одинаковых по удельному весу оболочек по мере движения к центру Земли. Гравиметрические исследования показали, что изометрическая поверхность в недрах планеты располагается в пределах глубин от 59 до 96 км. Никакое геологическое явление не приносит вещества не только из областей, лежащей ниже этой поверхности, но и с гораздо меньших глубин. Пустоты в породах могут существовать до глубины 12-15 км. Становится ясным, что перерыв в свойствах, определяющий гранитную геосферу земной коры, лежит гораздо ближе к земной поверхности, - не глубже 16-20 км. Эта нижняя граница очень неправильная, о ней дает понятие рельеф планеты, она подходит ко дну океана, сильно опускается под континентами. Большинство землетрясений начинается на глубине 8 км [Р. Ольдгем, 1926]:
это — эписейсмы: редко когда глубина их зарождения достигает больших глубин — 34 км [Т. Огава, 1924]:
есть — батисейсмы, они идут с глубин 200 км, поднимаются до 100 км и опускаются до 300 км [Г. Тернер].
С интересующей нас точки зрения важны только эписеймсы, но их значение с точки зрения обмена вещества поверхностных и глубоких частей земной коры ничтожно. Этот обмен заканчивается в гранитной оболочке и захватывает базальтовую, нижележащую, главным образом в области океана и прилегающей суши. Океаны не смещаются в течении геологического времени, по крайней мере 1 миллиард лет — с кембрия и раньше — то их можно рассматривать как выход в биосферную миграцию атомов глубокой базальтовой геосферы, обогащенной магнием и железом. Эта черта организованности остается биосферы остается в пределах геологического времени неизменной. Миграция атомов круговых процессов доходит только до гранитной геосферы. Все, что лежит ниже этой границы, не отражается на изучаемых процессах, в их современном научном понимании. Оно не отражается на миграциях элементов и в том случае, если мы выйдем за пределы нашего времени и примем во внимание медленные процессы, совершающиеся в геологические периоды: образование гор, сдвиги, передвижение земных масс. Они все идут в тех же пределах. Геохимические циклы химических элементов — есть явление поверхностное. Внутренность планеты для них как-будто не существует.
Иные представления — А.В. Гольдшмид или А.В. Ферсман - содержат большую долю экстраполяций и гипотез, чем эмпирических фактов и обобщений. Глубинные процессы, должны проявляться в миграции атомов земной коры, так как в них сосредоточена большая масса вещества, не сравнимая с ее массой в том физическом вакууме, который действительно представляет застратосферная геосферА.
