 |
|
|
Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ |
Земная кора
|
Смотрите также:
Элювиальные коры выветривания...
Борис Борисович Полынов. Геохимия ...
Ряды миграции академика Б. Б. Полынова ...
Мейен - Из истории растительных династий
Биографии биологов, почвоведов
|
Итак, вернемся к современным представлениям о земле и о земной коре.
Внутренняя часть нашей планеты — барисфера окутана твердой оболочкой — литосферой, которая в свою очередь покрывается не сплошной, как бы разорванной местами мантией—водяной оболочки — гидросферы и поверх ее уже сплошной воздушной оболочкой — атмосферой.
Барисфера— до сих пор недоступная, нашему исследованию область, и мы не имеем ясного представления о том состоянии, в котором находится там материя. С достаточной уверенностью мы можем лишь утверждать, что материя барисферы должна обладать высоким удельным весом. конце концов, хотя геология по точному смыслу этого слова (наука о земле) должна заниматься изучением всей земли, она в действительности ограничивает себя изучением земной коры и не сосредоточивает своего внимания над вопросами о состоянии и составе материи барисферы.
Что такое Земная кора — это вся толща наружных оболочек: литосферы, гидросферы и атмосферы.
Литосфера не представляётся однородной во всех своих частях. Сообразно изменению в ее толще температуры и давления, материя изменяет свою форму и группировку атомов и соединений.
В этом отношении в пределах литосферы различаются три термодинамических пояса: нижний, залегающий на глубине более 16—20 км,—магматический пояс, где давление имеет характер гидростатического и превышает 5000 атмосфер, а температура достигает порядка 1000°, над ним простирается пояс метаморфизма с односторонним давлением, измеряемым тысячами атмосфер и температурами, колеблющимися в достаточно широких пределах выше и ниже критической температуры воды (374°), и, наконец, самая верхняя оболочка или зона выветривания с температурой, свойственной земной поверхности, и давлением, изменяющимся в пределах от одной атмосферы до величины, господствующей на дне океанических глубин.
Материал, заключающийся в этих оболочках, отмечается не только особенностями формы, но до известной степени и состава. В магматическом поясе возрастает относительно количество кремнекислых соединений, в коре же выветривания повышается содержание кислорода и воды. Достаточно резкое различие между составами литосферы, гидросферы и атмосферы— очевидно. Мощность водной оболочки, как мы это знаем, колеблется в- довольно широких пределах. Наибольшая величина ее, соответствующая наибольшим океаническим глубинам, достигает почти 10 км, средняя же исчисляется в 3700 м. Определение мощности атмосферной оболочки встречает затруднения, та к как постеп енно возрастающее, с увеличением высоты над поверхностью суши или моря, разрежение газа устраняет .определенную, ясно выраженную границу, подобную верхним границам литосферы и гидросферы.
Во всяком случгае, в пределах атмосферной оболочки различают также отдельные пояса: тропосферу или азотно-кислородную зону, которая простирается, примерно, на 15 км над уровнем моря, и лежащую над ней стратосферу—область разреженных газов, в верхней части которой можно допустить даже.распад молекул и устойчивость свободных атомов. Верхняя граница атмосферы определяется различно и наибольшая величина, показанная для нее, достигает 4800 геогр. миль (Лаплас).
§ 3. Только что нарисованный нами статический образ строения земной коры нуждается, понятно, в существенном исправлении.
Едва ли требуется особенное напряжение, чтобы обнаружить явную нереальность или даже противоестественность такого образа. В самом деле, можно ли допустить спокойное, равновесное состояние в системе тесно соприкасающихся между собой материальных масс, обладающих глубоко различными температурами и достаточно различными сочетаниями элементов и соединений. Мало-мальски глубокий анализ физических н химических свойств этой системы неминуемо выведет ее из равновесного состояния И действительно, изучение земной коры дает нам право рассматривать это состояние не как статическое равновесие, но как некоторый зафиксированный нашим сознанием момент процесса. Это изучение обнаруживает, что земная кора от- нюдь не находится в состоянии покоя, но подвергается сложным изменениям.
Изменения вызываются, с одной стороны, перемещением масс в пределах земной коры, а с другой,, связанными с этими перемещениями деформациями и превращениями материи. Перемещения масс происходят как в вертикальном, так и горизонтальном направлении.
Вековые колебания земной коры, местные землетрясения, горообразующие процессы, вулканические явления и разрушающая деятельность поверхностного льда, воды и воздуха, — все это меняет и строение земной коры и ее лик.
Меняются очертания материков и морей, некогда морское дно поднимается до высоты вечных снегов., и, наоборот, высокогорные вершины истираются, сглаживаются и погребаются под уровнем воды. Материал, слагающий литосферу, подвергается сжатию, разрыву и разлому, а в других частях уплотнению, перекристаллизации и т. п. изменениям.
Во всех этих движениях и изменениях можно отметить некоторую „циклическую" последовательность. Вулканические процессы доставляют вязкий, пропитанный газами и парами, материал магматической зоны на поверхность литосферы или в область зоны выветривания. Газы и пары рассеиваются в атмосфере, гидросфере и на поверхности литосферы, излившиеся лавы остывают, переходят в твердое состояние и образуют так называемые излившиеся- изверженные породы, если же магма не достигла земной поверхности и остыла на некотором глубине, из нее образуются глубинные изверженные породы. Как излившиеся, так и глубинные породы разрушаются с течением времени под влиянием действия солнечных лучей и агентов атмосферы, обломочные продукты нх разрушения уносятся механически или в форме раствора водою в морские бассейны и отлагаются и осаждаются на дне их, образуя слоистые осадочные породы. Погребаясь все более и более новыми отложениями, пласты более ранних осадков уплотняются и цементируются. Попадая при опускании земной" коры в зону метаморфизма, эти осадочные породы под влиянием высокой температуры и одностороннего давления деформируются еще больше, заключающиеся в них соединения кристаллизуются и таким путем образуются так называемые кристаллические сланцы — породы, свойственные зоне метаморфизма. Под влиянием боковых сжатий осадочные и метаморфизованные породы сжимаются, образуют разнообразные складки, надвиги, шарриажы и т. п. Давление, вызывающее такие деформации, еще более способствует метаморфизму пород.
Но такому же метаморфизму, меняя свою структуру и строение, подвергаются и изверженные породы, если они попадают в эту зону. Зерннсто-кристаллическое их строение, при котором отдельные зерна,— кристаллы имеют самое разнообразное распределение и ориентировку, под влиянием одностороннего давления изменяют свою ориентировку и распределяются в определенном, по отношению к направлению давления, положении. Так, например, все чешуйки слюды в гранитах принимают однообразное параллельное одна другой положение. Так, из осадочных и изверженных лород возникают метаморфические породы. Но эти метаморфические породы при дальнейшем погружении, достигая пояса магматизации, переплавляются и дают новый материал, который снова может быть вынесен на поверхность литосферы в виде изверженных пород.
Мы видим, таким образом, что в земной коре протекают многообразные изменения материи, которые слагаются как бы в бесконечный круговорот — в циклический процесс, где после ряда изменений материя неизменно возвращается в первоначальную форму. Такие циклы мы можем проследить не только для громадных масс, слагающих горные породы, но и для многих отдельных соединений. Так, например, сера, проходя различные, свойственные различным оболочкам и зонам земной коры, формы соединений и состояний, от белка организмов через сульфаты, растворенные в морской воде и рассеянные в виде мельчайшей пыли в воздухе, до сернистых металлов глубинных пород, изверженных из магматической зоны, и возвращаясь при выветривании этих пород опять в состояние сульфатов и белка, проходит свой цикл превращений, охватывающий всю земную кору. Но в пределах этих больших циклов могут протекать и малые циклы превращений, не выходящие из пределов одного пояса или зоны. Та же сера, пока она не выходит из области пояса выветривания, поглощаясь растением в форме сульфата, усваиваясь им, входя в состав белковых ныцсггв и возвращаясь после смерти и тлеиия растения сиопи » состояние сульфата, совершает в этом случае более малый цикл.
Отсюда следует, что соединения тех или иных элементов меняют свою форму соответственно той термодинамической среде, в которой они находятся. Соединения, образующиеся в глубоких зонах земной коры, носят название ювенильных; те же формы, которые они принимают в поясе вывет- рирания и верхних оболочках, мы называем вадозными. Во многих случаях мы наблюдаем одинаковый состав как у ювенильных, так и вадозных соединений. Так, например, мы различаем вадозную и ювенильную воду, вадозную и тозенильную углекислоту, вадозный и ювенильный кремнезем.
Тождество химического состава некоторых ювенильных и вадозных форм объясняется, с одной стороны, высокой устойчивостью известных соединений, позволяющей им существовать при разнообразных термодинамических условиях (например, свободный кремнезем), с другой стороны, тем, что тождество в химическом соединении не связывается с тождеством аггрегатного состояния, различного для различных зон, и, наконец, еще и тем, что все процессы протекают во времени, и поэтому нередко и ювенильные и ва- дозные формы не являются вполне типичными для -своих оболочек, а представляют промежуточные, иногда весьма кратковременные, стадии превращения, направленного к образованию наиболее устойчивой для данных условий формы. Это последнее обстоятельство особенно важно учи- тывать. Имея дело с текущим процессом, мы не можем ожидать, что в каждой зоне, в каждом поясе земной коры в каждый отдельный момент собраны соединения и формы, находящиеся в полном равновесии с термодинамической средой. Это было бы возращением к тому статическому образу, от которого мы уже отказались.
При наличии описанных циклических процессов, очевидно, что в каждой зоне, в каждой оболочке мы можем в каждый отдельный момент наблюдать соединения в различных стадиях превращения, направленного к достижению формы и состояния, соответствующего данной зоне. Но и это достигнутое в конце концов состояние устойчиво постольку, поскольку соединение остается в пределах зоны. Выходя из этих пределов и перемещаясь в новые термодинамические условия, оно неминуемо подвергается новому превращению. Так протекают в пределах земной коры процессы превращения материи.
§ 4. Но если мы представим себе, что этот круговой процесс, охватывая всю материю земной коры, является вполне обратимым, то мы и в этом случае придем к противоестественному образу, несостоятельность которого обнаруживается как теоретическими рассуждениями, так и несомненными фактами. Не говоря уже о том, что ни земная кора, ни земля в целом, не представляя собой изолированных систем, не могут охватываться вполне обратимым процессом, не сопровождающимся притоком и рассеянием энергии, укажем на следующие факты :
а) Химический состав оболочек литосферы отмечается, как на это было указано выше, некоторым различием в относительном количестве слагающих их элементов. Очевидно, что если бы циклический процесс состоял в полном перемещении одной и той же массы из одной оболочки в другие и только в изменении ее форм и группировок атомов в пределах этой массы, то общий химический состав всех оболочек был бы одинаковым. Раз этого нет, то есть основание предполагать, что во время этого круговорота происходит и некоторое распределение элементов и их соединений по оболочкам, т. е. что одни элементы преимуш.е- ственно задерживаются в одних оболочках, другие в других. Но если такое накопление происходит, то очевидно, что полной обратимости в круговом процессе нет.
б) Процесс круговорота материи так или иначе охватывает и верхние оболочки: гидросферу и атмосферу; в нйх происходит рассеяние ювенильных газов и паров, кислород воздуха окисляет многие и ювенильные и вадозные соединения, вода морей растворяет и гидратизирует осадки и т. д. В то же время эти оболочки обладают резко отличным от оболочек литосферы химическим составом. Одна из них представляет исключительно богатые запасы водорода в форме его окиси, другая слагается преимущественно азотом. Такое состояние этих оболочек можно объяснить или как результат процесса превращения и распределения земной материи или тем, что эти оболочки существовали всегда независимо от самого процесса превращения материи в литосфере, в котором они лишь частично принимают участие в настоящее время. Но второе допущение будет ниже отвергнуто нами, и мы должны будем остановиться на первом, т. е. опять-таки признать, что круговорот материи в земной коре не есть вполне обратимый процесс, что он не приводит всю материю целиком в первоначальное исходное состояние, но имеет какое-то определенное поступательное движение, которое должно привести к иному, по сравнению с настоящим, распределению элементов и форм.
в) Сравнивая современное состояние земли с состоянием других планет и небесных тел, то обладающих водородно- гелиевой атмосферой с металлическими газами и облаками, то почти лишенных всякой атмосферы, мы убеждаемся, что земля с ее водной жидкой оболочкой й азотно-кислородной атмосферой представляет лишь одну из стадий превращения небесных тел, И мы приходим к заключению, что фиксируемый нашим сознанием образ строения земли и земной коры, как бы он ни был близок к некоторому моменту действительности, изображает то, чему предшествовало иное состояние в прошлом и что сменится в будущем новым состоянием.
Если малый цикл превращений вадозных соединений серы, на который мы указывали выше (§3), составляет лишь часть ее большого круговорота в пределах всей земний коры, то и этот последний, как и вообще циклические процессы земной коры, представляет в свою очередь лишь часть еще более крупного процесса превращения материи, земли и космоса.
Изображая циклические процессы земной коры символически формой замкнутою круга, мы допускаем некоторую неточность. Эти „круговые" процессы, имеющие в то же время поступательное движение, было бы правильнее изо- брал«ть кривой, описываемой некоторой точкой на окружности колеса, которое катится по прямой линии. Такая кривая, как известно, называется ц и к л о и д о й. Сложная циклоида может быть символом круговых процессов всей земной коры и протекающих на ее фоне малых циклов превращений в пределах\чдельных поясов и их частей
Но предметом нашего рассмотрения является не вся земная кора, а лишь только та ее часть, которая носит название коры выветривания или зоны выветривания. Останавливая свое внимание только на этой части, мы, понятно, ограничиваем себя более или менее искусственно, мы выделяем из общего процесса лишь некоторые фазы его — из непрерывной кривой сложной циклоиды избираем только некоторый ее отрезок. Но изучение природы этого отрезка возможно лишь при условии определения его места на общей кривой, и это обстоятельство не позволит нам совершенно оторваться от других частей земной коры. Особенно часто мы принуждены будем обращаться к верхним, облекающим литосферу, оболочкам, слишком тесно связанным с явлениями и превращениями ее поверхности.
|
|
|
|
К содержанию книги: Б.Б.Полынов - Кора выветривания
|
Последние добавления:
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы
Происхождение и эволюция растений
Биографии ботаников, биологов, медиков