Н. ТҰЯҚ баев т к. Арыстанов б. ӘБішев жалпы геология курсы

37

III. 7-сурет. Жер қыртысының схемалық құрылысы.

вичич шекарасы”, қысқаша “Мохо (м) деңгейі” деп аталады.

Жер қыртысының қалыңдығы 5—8 км-ден 70—75 км-ге дейінгі аралықта өзгеріп отырады. Оның құрылысы мен құрамы континент-тер мен мұхиттар түбінде бірдей емес (III. 7-сурет).

Континенттерде жер қыртысыньщ орташа қалыңдығы 35—40 км (жазық алқаптарда), кейде таулы аймақтарда 50—75 км-ге дейін жетеді.

Жер қыртысының континенттік тегі үш қабаттан (жоғарыдан төмен қарай): 1) шөгінді (5—20 км); 2) гранитті-гнейс (10—30 км); 3) габбро-базальт (5—40 км) секілді тау жыныстарынан құралады. Ал мұхиттық тегі—шөгінді (1,5—2 км), кейде вулканогенді-шөгінді және базальтты (4—8 км) қабаттардан тұрады (III. 8-сурет). Мұхит түбінде гранитті қабат болмайды.

Австрия ғалымы В. Конрад (1925) гранитті-гнейс және базальт қабаттарының аралығында (10—30 км-дей тереңдікте), тек материктерде ғана кездесетін сейсмикалық шекараның болатындығын анықтайды. Бұл шекара “Конрад жазықтығы” немесе қысқаша “К” деңгейі деп аталады.

III. 4. 2. Мантия

Шартты түрде мантия жоғарғы мантия (В), ортаңғы мантия (С) және төменгі мантия (Д) болып үшке бөлінеді.

Жоғарғы мантия (В) “Мохо деңгейінен” 400 км-ге дейінгі тереңдікті қамтиды. Бұл шекара неміс геофизигі Б. Гутенбергтіқ (1926) құрметіне “Гутенберг шекарасы”

I — мұхиттық тегі; II — суб-мұхиттық тегі — ойпандар; III — континентальдық тегі — жазықтықтар (а) және тау алқаптары (б); IV — субконтинентальдық тегі; 1 — су қабаты; 2 — шөгінді тау жыныстары; 3 — мұхиттық қыртыстың екінші қабаты; 4 — гранитті қабат; 5 — базальтты қабат; 6 — мантия (Нм — мантия тереқдігі).

деп аталады. Жоғарғы мантияның орталық бөлігінде, материктердің астында — 100 км-ден 250 км-ге дейінгі, ал мұхит түбінде 50 км-ден 400 км-ге дейінгі аралықта сейсмикалық толқындардын, таралу жылдамдығы тереңдеген сайын өсудің орнына, керісінше төмендейді. Бұл жағдай мантия қабатын құрайтын заттардың балқыған _ күйде болатындығын көрсетеді. Мұндай зоналарды “астеносфера” деп атайды. Астеносфералық зоналарда вулкан ошақтары орналасады. Сонымен бірге, жер қыртысында байқалатын тектоникалық әрекеттердің көзі осы астеносфера болып саналады.

Астеносферадан жоғары аймақ жер қыртысын қоса есептегенде “литосфера” деп аталады. Бұл атауларды (астеносфера, литосфера) ғылымға алғаш енгізген американдық ғалым — геолог Дж. Баррель (1914) болды.

Ортаңғы мантия (С) немесе аралық зона 400 км-ден 1000 км-ге дейінгі аралықты қамтиды. Бұл зонаны алғаш рет орыс академигі

Б. Б. Голицын (1912) анықтайды. Сондықтан “Голицын шекарасы” деп аталады.

Төменгі мантия (Д) “Голицын деңгейінен” 2900 км-ге дейінгі аралықты камтиды. Бұл зона неміс ғалымдары Э. Вихерт пен Б.Гутенбергтің (1914) құрметіне “Вихерт— Гутенберг шекарасы” деп аталып кетті.

Мантиялық заттардың құрамында алюминий мен кремнийдің мөлшері азайып, ал темір мен магний элементтері көбейе бастайды.

III. 4. 3. Ядро

Ядро — сыртқы ядро (Е), аралық зона (Р) және субъядро (О) болып үшке бөлінеді.

Сыртқы ядро (Е) — “Вихерт — Гутенберг деңгейінен” 4990 км-ге дейінгі аралықты алып жатады және сұйық күйде болады.

Аралық зона (Ғ) — 4990 км-ден 5120 км-ге дейінгі аралықты қамтиды. Физикалық қасиеті жағынан ішкі субъядроға жақын.

Субъядро (О) —планетаның орталық бөлігін (5120— 6371 км) құрайды; диаметрі 2500 км шамасында. Сыртқы ядро мен субъядроның шекарасын анықтаған Дания ғалымы сейсмолог — Инге Леман (1936).

Ядроның құрамында ауыр элементтердің мөлшері көбейе түседі. Қазіргі кездегі көзқарас бойынша ядро — темір мен никель элементтерінен құралады, сонымен қатар қосымша күкірт, кремний қоспаларыда болуы мүмкін. Жалпы ядроның құрамын темірлі метеориттердің құрамымен салыстыруға болады. Кейбір ғалымдардьщ пікірі бойынша, ядроны кұрайтын алғашқы заттар мантиялық силикаттар түрінде болып, кейінірек олар өте жоғары қысым әсеріне байланысты тығыздала келе, металдық қасиетке ие болады деп саналады.

111,5. ЖЕРДІҢ ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

Жердің физикалық қасиеттерін зерттеу нәтижесінде оның өзіндік ерекшеліктерін біліп қана қоймай, сонымен бірге жер қойнауында орналасқан әр түрлі пайдалы қазбаларды іздеп-табуға болады.

Жердің физикалық қасиеттеріне ауырлық күші, тығыздығы, қысымы, магниттік, жылулық және т. б. қасиеттері жатады.

Жер бетінде жердің өзіне қарай бағытталған центрге тартқыш және центрден сыртқа қарай бағытталған центрден тепкіш күштерінің болатындығы үнемі байқалады. Осы күштердің ортақ әсері ауырлық күшін көрсетеді. Ауырлыц күшінің үдеу шамасы жердің құрылысы мен сыртқы пішінінің өзгерістеріне қарай анықталады; ауырлық күші экваториальды аймақтармен салыстыр-ганда полярлық аймақтарда көбірек; оның үдеу шамасы полюстен экваторға қарай біртіндеп азаяды (0,5%). Бірақ кейбір аймақтарда бұл заңдылық орындалмайды. Жеңіл салмақты жыныстардан құралған аудандарда ауырлық күші азаяды (теріс аномалия), ал салмағы

ауыр жыныстардан құралған аудандарда ауырлық күші арта түседі (оң аномалия).

Үдеу шамасы жер қойнауына тереңдеген сайын әр түрлі өзгеріп отырады. Мысалы, жер бетінде 982 см/с², 2900 км-ге дейінгі тереңдікте 1037 см/с² дейін өзгереді; кейінірек кенеттен тез төмендеп, 6000 км тереңдікте-126 см/с² дейін жетеді, ал жердің центрінде нөлге тең, болады.

Жердің ауырлық күшін зерттеу жұмыстары оның орташа тығыздығын анықтауға мүмкіндік берді (5,52 г/см³).

Шөгінді тау жыныстарының орташа тығыздығы 2,4—2,5 г/см³, граниттердің — 2,7 г/см³, базальттардың— 2,9—3,0 г/см³ екендігі белгілі. Ал жалпы жер қыртысын құрайтын тау жыныстарының орташа тығыздығы 2,7— 2,8 г/см³ шамасында деп саналады. Жердің орталық бөлігін құрайтын заттардың тығыздығы — 12,3—12,5 г/см³ шамасында болады. Жердің центріне қарай тығыздықтың артуымен қатар, қысым дәрежесі де ұлғая түседі. Жердің орталық бөлігінде қысым күші 3,5 млн атмосфералық қысым дәрежесіне дейін жетеді.

Магниттік қасиет тек жеке минералдарға ғана емес, жалпы жер планетасына тән ортақ қасиет. Сонымен, Жер алып магнит. Оның өзіндік магнит полюстері және магнит өрісі болады. Жердің магнит полюстері географиялық полюстермен сәйкес келмейді. Осыған байланысты, компастың магнит стрелкасының көрсеткішінде магниттік ауытқу байқалады.

Магниттік ауытқу деп, белгілі бір бақылау нүктесінде компастың магнит стрелкасы мен географиялық меридиан арасындағы бұрыш-ты айтады. Магниттік ауытқулар батыс және шығыс бағыттық болып ажыратылады. Бірдей бағыттағы ауытқуларды біріктіретін сызық — изогондық сызықтар деп аталады.

Магнит стрелкасының горизонт сызығына қарай құлау бұрышы магниттік еңкею, ал магниттік еңкіштігі бірдей нүктелерді біріктіретін сызық изоклинальдық сызықтар деп аталады. Магнит полюстерге жақындаған сайын, компастың магнит стрелкасының еңкіштігі арта түседі, ал магнит полюстерінде магнит стрелкасы тік бағытта болуға ұмтылады.

Жердің магнит өрісі кернеулік күшімен сипатталады. Кернеулік күші экватордан магнит полюстері бағытында арга түседі

41

Магниттік ауытқу және онын еңкіштік дәрежесі, сол сияқты магнит өрісінің кернеулік күші уақытқа және орнына байланысты нормалық шамадан ауытқып, ерекше жағдайда болуы мүмкін. Мұндай ерекше ауытқулар магниттік аномалиялар деп аталады. Осы аномалиялар жалпы жердің кұрылыс ерекшеліктерімен және жер қыртысында кездесетін темірлі тау жыныстарының орасан зор массасының белгілі бір тереңдікте шоғырланып жиналған орнына сәйкес келген.

Палеомагниттік зерттеу әдістерін пайдалана отырып, қалдық магнетизмді анықтау арқылы көне дәуірлердегі магнит өрісінің бағыты мен өзіндік ерекшеліктерін ажыратуға болады. Сонымен қатар, бұл әдіс палеогеографиялық және геохронологиялық зерттеу жұмыстарын жүргізуде де колданылады. Қазіргі кезде, палеомагнит-тік зерттеу жұмыстары “Литосфералық плиталар тектоникасы” туралы теорияны дамытуда көп пайдасын тигізуде.

Соңғы жылдары көне жыныстарда кері бағыттағы магниттену қасиеті бар екендігі анықталды. Бұл қасиет магнит полюстерінің алғашқы орындарын ауыстыру немесе өзгерту мүмкіндіктерімен байланысты деп саналады. Сонымен бірге, тура бағытталған нормалық магниттену мен кері бағытталған магниттену дәуірлерінің (полюстердің өзгеруіне байланысты) кезек алмасу жағдайы байқалады.

Геомагниттік өрістіқ полярлық өзгерістері мен алма-суы — геомагниттік хронология шкаласын жасаудын, негізі болып саналады.

Мұхиттар түбінің магнит өрісі континенттік магнит өрісінен бөлек. Олар бір-бірінен өзіндік ерекшеліктері-мен ажыратылады. Мұхиттар түбінде магниттік аномалиялар жолақ-жолақ болып орналасады. Олар оң және теріс зарядталған аномалиялар түрінде мұхиторталық жоталарға параллель бағытта жүздеген километрге созылып жатады. Барлық өлшемдері жағынан бірдей, ұқсас аномалиялар орталық аномалияның екі жарында бірдей

42

қашықтықта кезек алмасып, симметриялы түрде орналасатындығы анықталды. Бұл жағдай геомагниттік шкалаға сүйене отырып, мұхит түбінің мұхиторталық жотаның екі жағына қарай бірдей кеңею дәрежесін анықтауға мүмкіндік береді.

Күннен түскен жарық сәулесін қабылдау немесе оны кейін қайтару мөлшері негізінен құрлық пен суға, ауа және мұхит ағындарына, бедер пішіндері мен өсімдік жамылғыларына байланысты болады.

Күн энергиясының мөлшеріне қарай әр түрлі әрекеттердің нәтижесінде жер бетінде сан-алуан өзгерістер байқалады (су айналымы, су мен желдің әсерінен жер бетінің бұзылуы, тау жыныстарыньщ үгілуі және т. б.). Жер бетінде тіршіліктің пайда болуы және органикалық дүниенің даму ерекшеліктері де Күн энергиясына тікелей байланысты.

Жердің ішкі қойнауындағы жылу энергиясының көзі ретінде — радиоактивтік элементтердің ыдырауы, жерді құрайтын заттардың гравитациялық жіктелуі және т. б. процестер кезінде бөлінетін энергия көздерін атауға болады. Әсіресе, радиоактивтік ыдырау кезінде бөлініп шығатын энергия мөлшері орасан зор.

Радиоактивтік элементтер (уран, торий, калий және т. б.) көпшілік жағдайда жер қыртысында кездеседі, ал кейде аз мөлшерде жердің терең қабаттарында да болуы мүмкін. Қейбір есептеулер бойынша, жер қойнауында радиоактивтік ыдырау процестеріне байланысты бөлінетін энергия мөлшері (1,4—3,0)-ІО²' Дж шамасында болады, сол секілді гравитациялық энергия мөлшері де осы шамалас деп саналад

40

Жер бетінде жыл бойы температураның Күн сәулесі әсерінен өзгеруі өте жоғары дәрежеге дейін көтеріледі. Мысалы, құмды далада 100°С-қа дейін жетеді.

Тұрақты температура деңгейінен төмен қарай, жердің ішкі жылулық энергиясы әсерінен, температура арта бастайды. Мысалы, Солтүстік Каспий маңайында бұрғыланған скважинаның 500 м-лік тереңдігіндегі температура 42,2°С, 1000 м-лік тереңдікте — 55,2°С, 1500 м— 69₍9°С, 2000 м —80,4°С, 2500 м —94,4°С, 3000 м — 108,3°С-қа дейін көтеріледі. Түрақты температура деңгейінен төмен қарай, температура шамасынын, 1°С-қа көтерілуі үшін жеткілікті тереңдік (немесе метр есебімен алынған қашықтық) — геотермиялық саты деп аталады.

Жер қыртысында оның шамасы тау жыныстарының құрамы мен құрылыс ерекшеліктеріне немесе жатыс жағдайларына байланысты бірнеше метрден 200 м-ге дейінгі аралықта өзгереді. Геотермиялық сатының орташа шамасы — 33 м. Мысалы, вулкандық аймақтарда геотермиялық сатының минимал шамасы — 2—3 м, Солтүстік Қавказда — 12 м, Москва маңайында — 38,4 м, Кривой Рогта — 112,5 м, Қарелияда — 100 м және одан да жоғары болып кездеседі.

Геотермиялық сатыға кері ұғым геотермиялық градиент деп аталады. Геотермиялық градиент деп, жер қойнауының әрбір 100 м-іне тереңдеген сайынғы температураның (градус есебімен) өзгеру шамасын айтамыз. Геотермиялық градиенттің орташа шамасы (әрбір 100 м-ге) 3°С деп есептеледі.

Жер қойнауының температуралық режимі туралы негізгі мәліметтер шахталар мен бұрғылау скважиналарында жүргізілген геотермиялық тікелей өлшеу жұмыстарының нәтижесінде алынады. Мысалы, Кола түбегінде бұрғыланған өте терең скважина арқылы кристалдық тау жыныстарының температурасын тікелей өлшеу жұ-

44

мыстарының нәтижесі мына төмендегідей: 7 км тереңдікте — 120°С (жоба бойынша 60—70°С болу мүмкін деп болжанған еді); 10 км тереңдікте — 180°С; 12 км тереңдікте — 200°С-тан астам екендігі анықталды. Ал <9,5 км тереңдікте шөгінді қабатты тесіп өткен “Берта Роджерс” (АҚШ) атты бұрғылау скважинасындағы тем-пература — 243°С-қа дейін жеткен.

Кейбір есептеулер бойынша геотермиялық саты 20_км-лік тереңдікке дейін сақталады, ал одан тереңірек қабаттарда температураның өсу дәрежесі кенеттен баяулап, тез төмендейді.

В. А. Магницкийдің есебі бойынша температураның . тереңдікке қарай өзгеру дәрежесі континенттер мен мұхиттар түбінде төмендегідей болады:

100 км тереңдікте температура — 1300°С (вулкандық лавалардың температурасы осыған жақын деп санала-ды). 400 км тереңдікте температура — 1700°С, 2900 км — 3500°С, 5000 км — 5000°С болады деп есептеледі.

Кейбір ғалымдардың пікірлері бойынша жердің орталық ядро бөлігінде температура 5000°С және одан да жоғары болуы мумкін деп саналады.

Е. А. Любимованың есептеуі бойынша жердің максимал температурасы 2000—2500 м-дей тереңдікте 4000°С шамасында болады. Ал одан ары тереңдеген сайын, тем-пература біртіндеп кеми бастайды. Жердің орталық бөлігінде температура — 2600°С шамасында болады деп жорамалданады. Әрине, бұл жерде температураның тереңдікке байланысты өзгеретіні туралы басқа да пікірлер бар екендігін ескеру қажет.

Жер қойнауының температуралық режимін зерттеп-білу шахталар тұрғызуда және терең қабаттарды бұрғылау жұмыстарын жүргізуде өте қажет. Егер шахтадағы температураны білу шахтерлердің жұмыс жағдайын жақсарту үшін қажет болса, ал бұрғылау скважинасындағы температураның өзгерістерін білу бұрғылау технологиясын жетілдіруге мүмкіндік береді.

45

Қазіргі кезде жер астындағы ыстық сулар мен ыстық. су буларын тұрмыс қажетіне жарату, мысалы, елді мекендерде үйлерді жылыту үшін (Рейкьявик—Исландия) немесе геотермиялық электростанциялар тұрғызу (Камчатка — ТМД, Италия) мақсатында пайдаланылады.

IV. ЖЕР ҚЫРТЫСЫНЫҢ ЖАЛПЫ ҚҰРАМЫ

Жер қыртысы әр түрлі тау жыныстарынан тұрады. Олар кемінде екі минералдан, ал көпшілік жағдайда, бірнеше минералдардан құралады. Минералдардың саны алуан-түрлі. Олар екі немесе бірнеше химиялық элементтердің қосындысы ретінде әр түрлі жағдайда пайда болады.

Жер қыртысының және жердің жалпы құрамын анықтау үшін, ғалымдар жер бетіне шығып жатқан заттарды зерттеумен қатар, жердің ішкі терең қойнауынан немесе мұхит түбінен көтерілген (бұрғылау скважиналары арқылы) тау жыныстары мен минералдардың химиялық құрамын зерттейді, сонымен қатар салыстыра отырып зерттеу мақсатында Жер серігі Айдан әкелінген тау жыныстарының және Жер бетінде табылған метеориттердің құрамын әр түрлі әдістерді пайдалана отырып тексереді.

IV.1. ЖЕР ҚЫРТЫСЫНЫҢ ХИМИЯЛЫҚ ҚҰРАМЫ

Жер қыртысының (16 км тереңдікке дейінгі аралықты қамтитын) химиялық құрамы жөніндегі алғашқы ғылыми еңбектің авторы — американ ғалымы Ф. Кларк (1889) болды. Ол өз еңбегінде әр түрлі тау жыныстарының алты мыңға жуық үлгілерін талдай отырып, олардың құрамының арифметикалық орта шамасын есептеп шығарды. В. Е. Ферсман Ф. Кларктың зор еңбегін өте жоғары бағалай отырып, жер қыртысында кездесетін химиялық элементтердің орта шамасын “кларк мөлшері” деп атауды ұсынды. Біздің елімізде жер қыртысының химиялық құрамын зерттеу жұмыстарымен айналысқан көптеген ғалымдардың ішінен В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман, В. Г. Хлопин, А. П. Виноградов, А. А. Ярошевский есімдерін ерекше атап өтуге болады.

Төменде берілген IV. 1-кестесінен жер қыртысында кең таралған химиялық элементтердің орта сандық және сапалық мөлшерімен танысуға болады.