Интрузивные магматические породы образуются из расплавленной жидкой магмы, которая остывает, не на поверхности Земли, как в случае образования эффузивных пород, а в коре Земли. Иными словами, интрузивные породы возникают из-за прорыва, или интрузии, горячей жидкой магмы в глубины коры Земли.
В случае прорыва магмы большими массами в кору Земли, её застывание происходит постепенно - образуется равномерно-крупнозернистая структура породы. Основные характеристики последней - хорошо кристаллизованные минералы, зерна которых можно различить невооруженным глазом. Ориентировка кристаллов минералов в породе отсутствует. Породы также характеризуются значительной плотностью (до 3 000 кг/м3), практическим отсутствием пор и пустот.
Главные виды камня (породы), относящиеся к интрузивным: гранит, диорит, габбро, перидотит. Плотность пород возрастает параллельно с убыванием кремнезема SiO2, от гранита - к перидотиту. Гранит, из-за высокого содержания SiO2 принято классифицировать как кислую породу, диорит как среднюю, габбро - как основную, перидотит - как ультраосновную.
Интрузивные породы принято различать по следующим признакам:
1. Породы полностью образованы кристаллами.
2. Большую часть кристаллов можно увидеть невооруженным глазом.
3. Пространственная ориентировка кристаллов минералов в каком-либо из направлений в породе отсутствует - минералы перемешаны между собой в хаотичном порядке.
4. Значительная плотность пород, практически отсутствие в них пустот и пор.
5. Отличия представителей интрузивных пород друг от друга по тону окраски (более темные цвета от гранита к перидотиту).
Эффузивные магматические породы образуются в случае остывания на поверхности Земли расплавленной жидкой магмы, поднимающейся из глубин планеты под воздействием вулканических сил. Своим минеральным составом эффузивные породы повторяют интрузивные - обе группы пород происходят из одних и тех же магм. Эффузивные породы, как и интрузивные, становятся темнее и тяжелее с понижением содержания кремневой кислоты.
Различия в эффузивных и интрузивных породах заключаются в их структуре. Лавы, образующие эффузивы, остывают быстрее магм интрузивов - ввиду чего в вулканитах (эффузивах) кристаллы минералов в основном микроскопических размеров, невыдимые для обычного глаза. Только некоторые отдельные, более крупные кристаллы бывают хорошо образованы - они имеют выраженные контуры и свою собственную уникальную форму. Подобную структуру горных пород называют порфировой. Она является характерной особенностью эффузивных пород: отдельно образованные кристаллы располагаются в основной массе породы.
В случае очень быстрого остывания магмы (при низких температурах её остывания, контакте со льдом или водой) кристаллы не успевают появиться вообще, и вся масса породы получается аморфной. Подобные породы классифицируют как вулканические стекла. К последним относят рыхлую пемзу, пехштейн и обсидиан.
Эффузивные породы принято различать по следующим признакам:
1. Порфировая структура - образованы только отдельные кристаллы.
2. Основная масса плотной (микрозернистой) или аморфной (стекловатой) структуры.
3. Наличие многочисленных мелких пустот.
4. Текстуры течения - ориентировки отдельных компонентов породы, полосчатого распределения окраски или овальной формы уплощенных и вытянутых пустот.
5. Часто можно наблюдать образование столбов.
6. Породы разделяются в пределах ряда как по интенсивности окраски (от светлого к темному), так и по минеральному составу.
Полезные ископаемые — горные породы иминералы, которые используются или могут быть применены в народном хозяйстве. Подразделяются они по-разному. В одном случае подчеркивается их физическое состояние, и выделяются следующие типы:
- твердые (различные руды, уголь, мрамор, гранит, соли);
- жидкие (нефть, минеральные воды);
- газовые (горючие газы, гелий, метан).
В другом случае за основу берется их использование, вследствие чего выделяются ископаемые: горючие (уголь, торф, нефть, природный газ, горючие сланцы); рудные (руды горных пород, включающие металлические полезные компоненты и неметаллические (графит, асбест); нерудные (неметаллические и негорючие полезные ископаемые: песок, гравий, глина, мел, известняк, различные соли. Отдельной группой стоят драгоценные и поделочные камни).
|
|
Сейсмический метод изучения внутреннего строения Земли. Для исследования глубоких недр используют различные геофизические методы, позволяющие по изменчивости изученных физических полей получать информацию о строении, составе и свойствах внутренних оболочек Земли. Наиболее достоверные данные о внутреннем строении Земли дают комплексные геофизические исследования: сейсмическая разведка, гравиразведка, магниторазведка, электроразведка, геотермическая съемка и др.
|
Сейсмический метод изучения внутреннего строения Земли
Сейсмический метод (от греч. «сейма» – колебание, землетрясение) изучения внутреннего строения Земли основан на наблюдениях за распространением сейсмических волн в ее недрах. Сейсмические волны –это упругие колебания вещества, вызванные землетрясениями или искусственными взрывами.
Для изучения внутреннего строения Земли (а также поисков полезных ископаемых) приемники сейсмических колебаний (сейсмографы) располагаются на земной поверхности. Сейсмические волны, вызванные землетрясениями и взрывами, проходя через недра Земли, преломляются и отражаются на акустических границах раздела пород и возвращаются к земной поверхности, где регистрируются сейсмографами. Скорость распространения сейсмических волн в разных горных породах различна. Например, в рыхлых песках и глинах она меньше, чем в твердых и плотных породах. Определяя скорости распространения упругих волн с учетом времени их регистрации, судят о форме и глубине залегания акустических границ.
Сейсмические волны бывают двух типов – объемные и поверхностные Они имеют различный характер распространения, преломления и отражения в зависимости от агрегатного состояния и физико-механических свойств горных пород.
Объемные волны бывают двух типов продольные и пoперечные.
Продольные сейсмические волны представляют собой упругие колебания вещества около своего среднего положения в направлении распространения самой волны, т е. переменное его сжатие и разряжение. Эти волны распространяются в любых средах (твердой, жидкой, газообразной). Скорость их распространения в 1,7 раза больше скорости поперечных волн. Поэтому на сейсмограммах они регистрируются раньше, чем поперечные волны, и называются первичными, или волнами Р (от лат. Prima – первые).
Поперечные волны создают колебания вещества в направлении, перпендикулярном распространению волны. Они связаны со сдвигом вещества, т. е. с изменением его формы. Эти волны могут проходить только через твердое тело и затухают в жидком и газообразном веществах, ибо два последних не сопротивляются изменению формы. Поскольку на сейсмограммах поперечные волны регистрируются после прохождения продольных волн, то они получили название вторичных, или S-волн (от лат sekundo – вторые).
Скорость распространения продольных волн vр зависит от плотности среды в данной точке ρ, модуля сжатия Кcж и модуля сдвига μсдв выражается формулой, известной из курса общей физики
(2.1)
Скорость распространения поперечных волн vs, зависит только от плотности среды ρ и модуля сдвига μсдв, т.е.
(2.2)
Поскольку в жидких средах модуль сдвига μсдв=0, то это означает, что в них скорость распространения продольных волн равна
(2.3)
а скорость поперечных волн Vs=0. Из этого следует, что поперечные сейсмические волны, в отличие от продольных, могут распространяться только в твердых средах; в жидкостях и газах они затухают.
Поверхностные сейсмические волны. Поверхностные волны (L-волны, от лат. longa–длинные) возникают на границе разнородных сред у поверхности материков и океаническою дна. Они вызывают одновременно деформацию объема и сдвига. Они имеют большую длину, чем продольные и поперечные волны, а скорость их меньше.
Поверхностные волны широко используются для исследования наружных слоев Земли. Как и объемные, они бывают двух типов: волны Рэлея и волны Лява. Теоретически изучены английским физиком Дж. Рэлеем в 1885 г. и Лявом в 1911 г.
При землетрясениях в рэлеевской волне смещение частиц почвы происходит с вертикальной плоскости, а сами частицы описывают эллипс, двигаясь против часовой стрелки.
В волнах Лява смещение частиц почвы происходит в горизонтальной плоскости перпендикулярно к направлению движения волн.
В поверхностных волнах величина смещения максимальна на поверхности и очень быстро (по экспотенциальному закону) убывает с ростом глубины и обратно пропорционально расстоянию от их источника. Длина поверхностных волн – от десятков до многих сотен километров. Поэтому с их помощью изучаются лишь наружные слои Земли толщиной не менее нескольких километров.
Сейсмическая модель внутреннего строения Земли
Среди различных моделей внутреннего строения Земли наибольшее признание получила классическая сейсмическая модель Джеффриса – Гутенберга, построенная в конце 30-х гг. нашего столетия на основе изменения по радиусу Земли скоростей распространения продольных и поперечных сейсмических волн.
Если бы наша планета от поверхности до центра была однородным телом, т. е. плотность всюду оставалась постоянной, то на всех глубинах скорость сейсмических волн была бы одинаковой, и путь их распространения был бы прямолинейным. В действительности пути пробега сейсмических волн имеют сложный криволинейный характер. Скачкообразно с глубиной изменяется и их скорость.
Первая поверхность скачка скорости продольных и поперечных сейсмических волн находится на глубине в среднем около 60–70 км На этой глубине от земной поверхности скорость распространения продольных волн резко возрастает с 5 до 8 км/с, резко возрастает и скорость поперечных волн – с 1,5 до 4,5 км/с. В следующем слое скорость продольных волн постепенно увеличивается, достигая максимума в 13,6км/с на глубине около 2900 км, после чего резко падает до 8,1 км/с, а затем к центру Земли медленно возрастает до 11,3км/с
Скорость поперечных волн в слое от 70 до 2900 км так же, как и скорость продольных волн, постепенно нарастает до 7,5 км/с На глубине 2900км, как и у продольных, она резко снижается, но в отличие от них приближается к нулю. Это означает, что практически глубже 2900 км поперечные волны не приникают и, будучи отраженными на этой глубине, возвращаются к поверхности. Правда, последние более детальные данные свидетельствуют о том, что начиная с глубин около 5000 км поперечные волны распространяются с небольшой менее 0,5–1,0 км/с скоростью.
Скачкообразное изменение с глубиной продольных и поперечных сейсмических волн отражает скачкообразное увеличение упругих свойств и плотности вещества земных недр с глубиной, что свидетельствует о расслоенности Земли. Резкое изменение скоростей сейсмических волн на глубинах 70 и 2900 км дает основание для выделения в ней трех основных частей, или трех внутренних геосфер наружной (земной коры), промежуточной (мантии) и внутренней (ядра).
На границах сейсмических разделов первого порядка - между земной корой и верхней мантией и между нижней мантией и внешним ядром существенно изменяется и плотность вещества. Так, непосредственно ниже границы Мохо плотность пород значительно выше, чем в земной коре, и составляет 3,4 103 кг/м3 В основании нижней мантии на глубине 2900 км она равна 5,7 кг/м3. При переходе от мантии к ядру происходит резкое увеличение плотности до 10 кг/м3. Затем плотность повышается до 11,5 кг/м3,а во внутреннем ядре составляет примерно 13 кг/м3.
Внутренние геосферы сильно различаются по толщине, объему и массе. Самой малой по толщине (33 км, или 0,5 % радиуса Земли), массе (5·1022 кг, или 0,8 % массы Земли) и по объему (1,7 1010 км3, или 1,6 % объема Земли) является земная кора, наибольшей по массе (405-1022 кг, или 67,8 %) и объему (89,1 1010 км3, или 82,2 %) – мантия, а по толщине–ядро (3573 км, или 55,2 %).