Литосфера

УДК 	 551.14
ББК 	 26.21
	
М60
Р е ц е н з е н т ы : 
д-р географ. наук, проф. Д. В. Севастьянов (С.-Петерб. гос. ун-т), 
канд. геолого-минерал. наук, доц. М. Ю. Синай (Рос. гос. пед. ун-т им. А. И. Герцена)
Рекомендовано к публикации методическим советом 
Академической гимназии им. Д. К. Фаддеева 
Санкт-Петербургского государственного университета
М60
Милицина С. В., Сенькин О. В., Петров С. В.
Литосфера: учеб. пособие.  — 2-е изд.  — СПб.: Изд-во С.-Петерб. 
ун-та, 2023. — 126 с. 
ISBN 978-5-288-06286-5
Первое издание было подготовлено в рамках Программы развития УНЦ «Академическая гимназия им. Д. К. Фаддеева». В учебном пособии изложены основные положения геологической науки, касающиеся внутреннего строения Земли. Описаны главные геологические процессы, происходящие как внутри, так и на поверхности планеты. 
Также приведены сведения о минералах и горных породах, дана характеристика самых 
важных структурных элементов Земли. Специально рассматриваются основные этапы 
становления органического мира.
Учебное пособие предназначено для обучающихся в  лицеях, гимназиях и  профильных классах общеобразовательных школ, а также других образовательных организациях, реализующих программы среднего общего образования.
УДК 551.14 
ББК 26.21
 	
©	 Санкт-Петербургский  
ISBN 978-5-288-06286-5	
	
государственный университет, 2019

Оглавление
Введение............................................................................................................ 	
5
Глава 1. Образование Земли и особенности ее строения.
.................. 	
7
Глава 2. Литосфера.
......................................................................................... 	
16
2.1. Минералы.
............................................................................................... 	
—
2.1.1. Породообразующие минералы.
............................................... 	
17
2.1.2. Промышленные минералы.
...................................................... 	
20
2.1.3. Драгоценные и поделочные камни........................................ 	
22
2.2. Магматические горные породы......................................................... 	
25
2.3. Осадочные горные породы.
................................................................ 	
27
2.4. Метаморфические горные породы................................................... 	
31
2.5. Эндогенные (внутренние) процессы................................................. 	
35
2.5.1. Тектонические движения.......................................................... 	
—
2.5.2. Интрузивный магматизм........................................................... 	
40
2.5.3. Эффузивный магматизм (вулканизм).
..................................... 	
42
2.5.4. Землетрясения............................................................................. 	
46
2.6. Главные структурные элементы литосферы................................... 	
50
2.6.1. Платформы.
................................................................................... 	
51
2.6.2. Складчатые пояса.
....................................................................... 	
54
2.6.3. Срединно-океанические хребты.
............................................. 	
59
2.7. Тектоника литосферных плит............................................................. 	
61
2.8. Мантийные плюмы............................................................................... 	
65


4
Глава 3. Этапы развития Земли и органического мира.
...................... 	
68
3.1. Катархей (хадей).
.................................................................................... 	
—
3.2. Архей и протерозой.............................................................................. 	
69
3.3. Фанерозойский этап развития Земли.
.............................................. 	
73
3.3.1. Палеозойская эра........................................................................ 	
74
3.3.2. Мезозойская эра.......................................................................... 	
77
3.3.3. Кайнозойская эра........................................................................ 	
79
3.4. Геохронологическая шкала.
................................................................ 	
82
Глава 4. Рельеф земли и его формирование.
.......................................... 	
87
4.1. Экзогенные процессы и создаваемые ими формы рельефа....... 	
88
4.1.1. Выветривание..................................................................................... 	
92
4.1.2. Склоновые (гравитационные) рельефообразующие 
процессы....................................................................................... 	
98
4.1.3. Эрозионные рельефообразующие процессы (эрозия)....... 	
101
4.1.4. Абразионные рельефообразующие процессы (абразия.
... 	
105
4.1.5. Эоловые (ветровые) рельефообразующие процессы.
........ 	
107
4.1.6. Ледниковые рельефообразующие процессы....................... 	
112
4.2. Горы и равнины..................................................................................... 	
118
Рекомендуемая литература......................................................................... 	
122

Введение
Основные понятия, методология и главные законы геологической науки почти 
не упоминаются в современной школьной программе. В курсе «Физическая география» учащиеся знакомятся лишь с основами науки, что, конечно, не способствует формированию у школьников всеобъемлющего знания о планете. 
В данном пособии более глубоко и  подробно излагаются те темы 
школьного курса физической географии, которые относятся к разделам общей 
геологии. Задачей пособия служит формирование у обучающихся исходной 
системы знаний и  практических навыков, необходимых для понимания 
процессов, которые сформировали поверхность Земли и влияют на климат. 
Отдельно рассматриваются вопросы эволюции органического мира, при этом 
объясняются геологические причины изменений видового состава обитателей 
нашей планеты. Мы стремились к тому, чтобы изложить, разъяснить основные 
термины и представления геологии, чтобы учащиеся могли применять знания 
правильно и грамотно.
Надеемся, что материал данного пособия станет первым этапом 
профессиональной подготовки молодых специалистов, которая продолжится 
дальнейшим изучением специальных географических и  геологических 
дисциплин в Институте наук о Земле Санкт-Петербургского государственного 
университета.
Основное внимание в пособии уделяется литосфере. 
Литосфера Земли включает земную кору и  верхнюю мантию, которые 
представляют собой твердый и жесткий внешний слой планеты. Литосфера 
состоит из тектонических плит. Ее верхняя часть химически взаимодействует 
с атмосферой, гидросферой и биосферой, а в нижней части подстилается более 
пластичной оболочкой — астеносферой. Граница литосферы и астеносферы 
определяется разницей в реакции на давление. Литосфера остается жесткой 
на протяжении очень длительных периодов геологического времени, в течение 
которого она упруго деформируется и  хрупко разрушается. Астеносфера 
же вязко реагирует на давление и  приспосабливается к  нему благодаря 
пластической деформации.

Введение
6
Концепция литосферы как прочного внешнего слоя Земли была 
сформулирована А. Е. Н. Лавом в  его монографии 1911  г. «Некоторые 
проблемы геодинамики» и  получила дальнейшее развитие у  Джозефа 
Баррелла, который написал серию статей об этой концепции и ввел термин 
«литосфера». Представления ученых основывались на наличии значительных 
гравитационных аномалий над континентальной корой, из  которых они 
заключили, что должен существовать сильный, твердый верхний слой 
(который и был назван литосферой) над более слабым слоем, способным течь 
и  изменяться (он получил название астеносферы). Эти размышления были 
продолжены Реджинальдом Дейли в 1940 г. в его работе «Сила и структура 
Земли». Они получили поддержку у  геологов и  геофизиков. Высказанные 
этими учеными идеи о сильной литосфере, покоящейся в слабой астеносфере, 
послужили основой для теории тектоники плит. 
Предмет непосредственного изучения геологии составляют земная кора 
и  твердый слой верхней мантии, непосредственно подстилающий кору. Эта 
геологическая сфера, называемая литосферой, определяет множество процессов, большинство из которых определяет особенности строения основных 
элементов рельефа земной коры континентов и  океанов. Именно здесь геология встречается и  взаимодействует с  важнейшими географическими науками, такими как океанография, климатология, ландшафтоведение, гидрология и др. Земная поверхность также выступает объектом совместного изучения геоморфологии и  геологии. Геология использует данные геоморфологии (и  других географических наук) при исследовании строения земной 
коры, стремясь познать законы формирования крупных участков недр. Есть 
в этом и практическая составляющая: все геологические исследования так или 
иначе направлены на поиски и разведку месторождений полезных ископаемых 
и расширение минерально-сырьевой базы. География же, в свою очередь, опирается на историю геологического развития, рассматривая закономерности 
образования рельефа, ландшафтов, климата и других форм и состояний гео- 
графических оболочек Земли.

Глава 1
ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ  
И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ СТРОЕНИЯ
Внутреннее строение Земли  
Возраст Земли, как и всей Солнечной системы, оценивается в 4,54 млрд лет. 
Он был определен у большинства метеоритов (хондритов) по результатам анализов содержащихся в них радиоактивных элементов и продуктов их распада, 
позволяющих получить абсолютный возраст. Считается, что хондриты являются осколками столкнувшихся планет, образовавшихся на ранней стадии 
развития Солнечной системы.
По одной из  космогонических1 теорий Земля образовалась из  относительно холодного пылегазового облака. В  нем сначала возникли, вероятно 
путем слипания, бесформенные сгустки первичного космического вещества. 
Некоторые из них в результате столкновений с другими сгустками и притяжения рассеянной пыли росли наиболее быстро. Они и  стали зародышами 
будущих планет. В дальнейшем их рост происходил до тех пор, пока они не 
поглотили почти все твердое вещество, находившееся в зоне их орбит. Эти 
протопланеты (предшественники современных планет) были неправильной 
формы, пока их масса не достигла критической величины 1020 кг, поскольку 
именно при достижении такой массы в результате действия гравитации (силы 
тяжести) происходит переформирование тела в шар. 
С ростом массы под действием гравитации возрастало уплотнение (сжатие) 
вещества в центральной части протопланеты. Благодаря этому сжатию выделялась энергия в виде тепла, которая приводила к частичному размягчению вещества и увеличению скорости протекания химических реакций.
При этом новообразованные более тяжелые химические соединения, 
главным образом содержащие железо и  никель, стремились к  центру шара, 
а более легкие силикатные соединения как бы всплывали, тяготея к его периферии. Этот процесс называется гравитационной дифференциацией вещества, то есть разделением вещества внутри тела, происходящим под действием 
силы тяжести, на более плотное и менее плотное вещество. В итоге выделяется энергия в количествах даже бóльших, чем при простом сжатии вещества. 
При массе протопланеты, достигшей 1022 кг, выделяемой энергии достаточно 
1	
Космогония — наука, изучающая происхождение и развитие космических тел (существуют 
и другие теории возникновения Земли).

Глава 1. ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ СТРОЕНИЯ
8
для частичного плавления большинства минералов, входящих в состав метеоритов. Таким образом, в результате совместных процессов гравитационного 
сжатия и гравитационной дифференциации вещества происходил внутренний 
разогрев протопланеты.
Этот разогрев выразился в многочисленных, если не повсеместных вулканических извержениях, сопровождавшихся излияниями огромных масс 
магмы из трещин, возникавших на поверхности Земли. В результате таких извержений сформировалась первичная земная кора, а за счет дифференциации 
глубинного вещества образовались ядро и мантия Земли.
Подобно современным извержениям вулканов, но в миллионы раз интенсивнее, из недр планеты выбрасывалось огромное количество газов и паров 
воды. Сила притяжения Земли не позволила им улетучиться в космос, и они 
образовали ее первичную атмосферу. Впоследствии, 3,8 млрд лет назад, при 
остывании поверхности планеты произошла конденсация паров воды в  атмосфере, выпали ливневые дождевые осадки, которые еще сильнее охладили 
первичную земную поверхность. Вода, заполнив углубления на поверхности 
Земли, образовала первичную гидросферу. 
В результате примерно через 1 млрд лет после возникновения планеты вещество закономерно перераспределилось по плотности, образовав концентрические слои — геосферы, вещество которых различается по своему агрегатному 
состоянию, химическому составу и физическим свойствам. Газы образовали 
атмосферу, вода  — гидросферу, твердые легкоплавкие вещества, выделившиеся из мантии в результате ее плавления, — земную кору, а внутри Земли 
сформировались мантия и ядро. Таким образом, Земля приобрела сферическое строение, которое мы наблюдаем и в настоящее время. Однако это не означает, что процесс гравитационной дифференциации вещества внутри Земли 
на этом прекратился. Он длился на протяжении всей геологической истории 
развития Земли и продолжается до сих пор, выражаясь в современном вулканизме и землетрясениях, а также в тепловом потоке, идущем из недр Земли. 
Атмосферу и гидросферу принято считать внешними оболочками Земли, 
а земную кору, мантию и ядро — внутренними.
Внутреннее строение Земли изучается с помощью сейсмических волн2. 
Различают продольные сейсмические волны, когда твердые частицы колеблются 
вдоль направления распространения волны, и поперечные сейсмические волны, 
когда колебания частиц происходят поперек направления распространения 
волны. Скорость сейсмических волн зависит от плотности вещества, она возрастает с  увеличением его плотности. Поперечные сейсмические волны не 
проходят сквозь жидкие среды, а продольные проходят, но при этом скорость 
их резко падает.
2	
	 Сейсмические волны — это упругие колебания, возникающие и распространяющиеся 
в Земле в результате землетрясений или взрывов.

Внутреннее строение Земли 
 
Рис. 1. Внутреннее строение Земли
Схема по В. Бондареву
С помощью сейсмических волн были определены поверхности раздела 
основных (главных) внутренних геосфер Земли. К ним относятся ядро, слагающее ее центральную часть, мантия, располагающаяся вокруг ядра, и земная 
кора, покрывающая мантию. Граница земной коры и мантии устанавливается 
по резкому скачкообразному повышению скорости как продольных, так и поперечных волн. Эта сейсмическая поверхность раздела называется поверхностью Мохоровичича3, или сокращенно, поверхностью Мохо. Поверхность 
раздела ядра и мантии выражается в исчезновении поперечных волн и резком 
скачкообразном падении скорости продольных волн, что указывает на расплавленное (жидкое) состояние вещества во внешней части ядра. Поверхности 
раздела земной коры, мантии и ядра прослеживаются по всему земному шару. 
Кроме того, изучение сейсмических волн показало, что основные внутренние 
геосферы не являются однородными и в них присутствуют слои, вещество которых обладает различными свойствами.
Ядро занимает центральную часть Земли и имеет радиус около 3500 км 
(рис. 1). Плотность вещества в центре ядра составляет 12,5 т/м3, что говорит об 
огромном давлении, температура сугубо предположительно может достигать 
5000 °C, вещество в ядре характеризуется высокой электропроводностью. По 
сейсмическим данным выделяют внешнее ядро и внутреннее ядро. Исчезновение на границе ядра и мантии поперечных волн и очень резкое падение ско3	
	 По фамилии хорватского сейсмолога А. Мохоровичича (1857–1936), установившего в 
1909 г. существование поверхности, разделяющей земную кору и мантию.

Глава 1. ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ И ОСОБЕННОСТИ ЕЕ СТРОЕНИЯ
10
рости продольных волн указывает на жидкое состояние вещества внешнего 
ядра. Внутреннее ядро имеет радиус 1255 км. Утверждение о твердом состоянии вещества во внутреннем ядре основывается на основе скачкообразного 
повышения скорости продольных сейсмических волн на границе внешнего 
и внутреннего ядра и плавного возрастания ее к центру Земли. Согласно наи- 
более распространенной модели, это указывает на переход вещества из жидкого в твердое состояние. 
Предполагают, что ядро состоит из железа с примесью более легких элементов. Эта гипотеза строится на исследовании вещественного состава железных метеоритов, содержащих большое количество железа с  примесью 
никеля. Считается, что они представляют собой осколки ядра планеты, прошедшей начальную стадию гравитационной дифференциации вещества. 
Таким образом, ядро Земли состоит на 85 % из железа с небольшими примесями никеля, кремния и хрома (табл. 1). В ядре предполагается довольно высокое содержание летучих компонентов — серы, фосфора, углерода, водорода, 
при практически полном отсутствии кислорода. 
Мантия
Таблица 1. Химический состав Земли и внутренних геосфер
Элементы
Земля 
в среднем
Земная кора
Мантия
Ядро
Fe
32
4,65
6,26
85,5
O
29,7
47
44
0
Si
16,1
29,5
21
6
Mg
15,4
1,87
22,8
0
Ni
1,82
0,01
0,2
5,2
Ca
1,71
2,96
2,53
0
Al
1,59
8,05
2,35
0
S
0,64
0,05
0,03
1,9
Cr
0,47
0,01
0,26
0,9
Na
0,18
2,5
0,27
0
P
0,07
0,09
0,01
0,2
Mn
0,08
0,1
0,1
0,03
C
0,07
0,02
0,01
0,2
H
0,03
0,15
0,01
0,06
Сумма
99,86
96,96
99,83
99,99
Данные по W. F. McDonough, данные для земной коры — по А. П. Виноградову

Мантия
Утверждается, что именно благодаря движению вещества в  жидком 
внешнем ядре, которое возникает вследствие осевого вращения планеты, на 
Земле существует магнитное поле. Оно служит экраном от заряженных космических частиц, уничтожающих все живое.
Мантия как по объему, так и по массе — самая большая внутренняя геосфера. Ее верхней границей является поверхность Мохо, лежащая на глубине от 
5–10 км под океаническим дном до 55–75 км под горами на суше. Нижняя граница представляет собой сейсмическую поверхность раздела ядра и мантии 
на глубине около 2900 км (рис. 1). Вещество в мантии находится в основном 
в твердом состоянии. Предполагается, что она состоит из силикатного вещества, схожего по составу с каменными метеоритами, которые представляют 
собой осколки внешней (мантийной) оболочки планеты, прошедшей начальную стадию гравитационной дифференциации вещества. Отличительной 
чертой химического состава мантии является наличие высоких концентраций 
кремния, щелочноземельных элементов и кислорода; концентрация элементов, 
характерных для ядра, резко падает, уменьшается содержание серы, углерода 
и фосфора (табл. 1).
Плотность вещества мантии постепенно изменяется от 3,1 т/м3 на верхней 
границе до 5,6 т/м3 на границе с ядром. Температура достигает 2000 °C, но по 
причине большого давления вещество находится в твердом состоянии. Примерно до глубины 1000  км скорость сейсмических волн возрастает быстро, 
но не всегда равномерно, а после этой глубины растет относительно медленно, 
но  очень плавно  — вплоть до границы с  ядром. Это указывает на разницу 
в свойствах вещества по разные стороны от этой поверхности раздела. Поэтому здесь проводят границу между верхней и нижней мантией.
Внутри верхней мантии существует слой, где наблюдается понижение скоростей сейсмических волн относительно вышележащих и нижележащих слоев 
верхней мантии. Верхняя граница слоя под континентами находится в среднем 
на глубине 100–150 км, а под океанами — на глубине 50–80 км. Нижняя граница располагается на глубине около 350 км, то есть его толщина составляет 
250–300 км. Понижение в этом слое скоростей сейсмических волн связывают 
с повышенной пластичностью вещества, возникающей в результате высоких 
температур, близких к температуре плавления. К нему часто приурочены отдельные очаги питания вулканов. Этот слой назвали астеносферой4, то есть 
слабый слой. Перемещение вещества в астеносфере вызывают тектонические 
процессы, приводящие к  перемещению вышележащих масс вещества, например литосферных плит, и, как следствие, к образованию глубинных разрывов (разломов) в вышележащей земной коре.
Земная кора слагает самую верхнюю часть «твердой» Земли и образует 
по сравнению с другими внутренними геосферами по существу очень тонкий 
4	
От греч. ἀσθενής «бессильный».