6.1.1 Литосфера

Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях при естественных землетрясениях и в результате взрывов [35]. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой - кора имеет среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше. Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см³ у поверхности Земли, 2,67 г/см³ у гранита, 2,85 г/см³ у базальта.

На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо»), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см³. В коре и (частично) в мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете.

Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) между мантией и внешним ядром располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%).

На глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni). В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная дифференциация (перемещение более плотных веществ в центральные, а менее плотных в периферические области планеты) приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -90 °С (в центральных районах Антарктиды). Давление монотонно возрастает с глубиной от 0 до 3,61 ГП. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции. Плотность в центре Земли около 12,5 г/см3.

Как часть биосферы рассматривается только поверхностная часть литосферы, которая представляет собой сложное биокосное тело (содержащее органические, минеральные компоненты и воду) и называется почвой. Поэтому часто в место термина «литосфера» употребляется понятие «педосфера» (эдафосфера) – почвенная оболочка Земли. Минерального вещества в почве от 60 % и более. От минерального состава почвы зависят ее физико-химические свойства, а следовательно, аэрация, водный и температурный режим, условия движения организмов. Органическое вещество – обязательный компонент почвы. Почвенный горизонт (А_о) – лесная подстилка, сформированная растительным опадом. Почвенные животные (насекомые, панцирные клещи, черви) измельчают субстрат, обогащают его азотом и делают доступным для грибов и бактерий. При этом детрит превращается в гумус, формирующий перегнойно-аккумулятивный горизонт (А₁). Гумус не имеет постоянной химической структуры, в нем происходят завершающие стадии разложения органики. Он содержит органические кислоты большое количество коллоидных частиц (частицы диаметром < 0,001 мм), которые активно связывают ионы биогенных элементов и не дают промывным водам смыть их за пределы корнеобитаемой зоны. Горизонт А₂ (элювиальный или вымывания) беден органическим веществом, которое вымывается из него в нижележащий иллювиальный (или вмывания) горизонт (В). Еще ниже располагается материнская порода – горизонт С. На стыке горизонтов В и С направление движения влаги сменяется на горизонтальное. Фактически жизнь в литосфере простирается не более чем на 10 м (5 – 7 м – норы грызунов, 8 – 10 м – корни растений). Формально границы геобиосферы отодвигают до 3 км бактерии, которые обитают в водах, сопутствующих залежам нефти, и до 100 м – рыбы подземных водоемов.