Строение Земли - Образование Земли
ЗЕМЛЯ, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям, стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь.
Толщина Земной коры (внешней оболочки) изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.
От них лежащей мантии земную кору отделяет во многом еще загадочный Слой Мохо (назван так в честь сербского сейсмолога Мохоровичича, открывшего его в 1909 году), в котором скорость распространения сейсмических волн скачкообразно увеличивается.
На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями.
В нижней мантии на глубине 2900 км отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.
Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (ВНЕШНЕЕ ЯДРО) и твердую (BHУTPEHHE), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.
Внутреннее твердое ядро не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.
Чтобы понять каким образом геологи создали модель строения Земли, надо знать основные свойства и их параметры, характеризующие все части Земли. К таким свойствам (или характеристикам) относятся:
- 1. Физические - плотность, упругие магнитные свойства,, давление и температура. 2. Химические - химический состав и химические соединения, распределение химических элементов в Земле.
Исходя из этого, определяется выбор методов исследования состава и строения Земли. Кратко рассмотрим их.
Прежде всего, отметим, что все методы разделяются на:
Прямые - опираются на непосредственное изучение минералов и горных пород и их размещении в толщах Земли;
Косвенные - основаны на изучении физических и химических параметров минералов, пород и толщ с помощью приборов.
Прямыми методами мы можем изучить лишь верхнюю часть Земли, т. к. самая глубокая скважина (Кольская) достигла~12 км. О более глубоких частях можно судить по вулканическим извержениям.
Глубинное внутреннее строение Земли изучается косвенными методами, в основном комплексом геофизических методов. Рассмотрим основные из них.
- 1. Сейсмический метод (греч. сейсмос - трясение) - опирается на явление возникновения и распространения упругих колебаний (или сейсмических волн) в различных средах. Упругие колебания возникают в Земле при землетрясениях, падениях метеоритов или взрывах и начинают распространяться с разной скоростью от очага их возникновения (очага землетрясения) до поверхности Земли. Выделяют два типа сейсмических волн: 1 - продольные P-волны (самые быстрые), проходят через все среды - твердые и жидкие; 2 - поперечные S-волны, более медленные и проходят только через твердые среды.
Сейсмические волны при землетрясениях возникают на глубинах от 10 км до 700 км. Скорость сейсмических волн зависит от упругих свойств и плотности горных пород, которые они пересекают. Достигая поверхности Земли, они как бы просвечивают ее и дают представление о той среде, которую пересекли. Изменение скоростей дает представление о неоднородности и расслоенности Земли. Кроме изменения скоростей, сейсмические волны испытывают преломление, проходя через неоднородные слои или отражение от поверхности, разделяющей слои.
- 2. Гравиметрический метод основан на изучении ускорения силы тяжести Dg, которое зависит не только от географической широты, но и от плотности вещества Земли. На основании изучения этого параметра установлена неоднородность в распределении плотности в разных частях Земли. 3. Магнитометрический метод - основан на изучении магнитных свойств вещества Земли. Многочисленные измерения показали, что различные горные породы отличаются друг от друга по магнитным свойствам. Это приводит к образованию участков с неоднородными магнитными свойствами, которые позволяют судить о строении Земли.
Сопоставляя все характеристики, ученые создали модель строения Земли, в которой выделяют три главные области (или геосферы):
1-Земная кора, 2-Мантия Земли, 3-Ядро Земли.
Каждая из них в свою очередь разделяется на зоны или слои.
- 1. Земная кора (слой А) - это верхняя оболочка Земли, ее мощность колеблется от 6-7км до 75км. 2. Мантия Земли подразделяется на верхнюю (со слоями: В и С) и нижнюю (слой D) 3. Ядро - подразделяется на внешнее (слой Е) и внутреннее (слой G), между которыми располагается переходная зона - слой F.
Границей между земной корой и мантией является раздел Мохоровичича, между мантией и ядром также резкая граница - раздел Гуттенберга.
Особенностью верхней мантии является наличие зоны, в которой резко падает скорость поперечных волн до 0.2-0.3 км/сек. Это объясняется тем, что наряду с твердым состоянием, мантия частично представлена расплавом. Этот слой пониженных скоростей называют астеносферой. Его мощность 200-300 км, глубина 100-200 км.
На границе мантии и ядра происходит резкое снижение скорости продольных волн и затухание скорости поперечных волн. На основании этого сделано предположение, что внешнее ядро находится в состоянии расплава.
Средние значения плотности по геосферам показывают ее возрастание к ядру.
О химическом составе Земли и ее геосфер дают представление:
- 1 - химический состав земной коры, 2 - химический состав метеоритов.
Химический состав земной коры изучен достаточно детально - известен ее валовый химический состав и роль химических элементов и минералов в породообразовании. Труднее обстоит дело с изучением химического состава мантии и ядра. Прямыми методами мы этого пока сделать не можем. Поэтому применяют сравнительный подход. Исходным положением является предположение о протопланетном сходстве между составом метеоритов, упавших на землю, и внутренних геосфер Земли.
Все метеориты, попавшие на Землю, по составу делятся на типы:
- 1 - железные, состоят из Ni и 90% Fe; 2 - железокаменные (сидеролиты) состоят из Fe и силикатов, 3 - каменные, состоящие из Fe-Mg силикатов и включений никелистого железа.
На основании анализа метеоритов, экспериментальных исследований и теоретических расчетов ученые предполагают, что химический состав ядра - это никелистое железо. Правда, в последние годы высказывается точка зрения, что кроме Fe-Ni в ядре могут быть примеси S, Si или О. Для мантии химический спектр определяется Fe-Mg силикатами, т. е. своеобразный оливино-пироксеновый пиролит слагает нижнюю мантию, а верхнюю - породы ультраосновного состава.
Химический состав земной коры включает максимальный спектр химических элементов, который выявляется в многообразии минеральных видов, известных к настоящему времени. Количественное соотношение между химическими элементами достаточно велико. Сравнение наиболее распространенных элементов в земной коре и мантии показывает, что ведущую роль играют Si, Al и О2.
Таким образом, рассмотрев основные физические и химические характеристики Земли, мы видим, что их значения неодинаковы, распределяются зонально. Тем самым, давая представление о неоднородном строении Земли.
Средняя плотность самого верхнего слоя Земли - коры примерно в два раза меньше средней плотности Земли в целом. Это свидетельствует об общем возрастании плотности к центру. По некоторым данным там она достигает 13 т/м3, тогда как средняя плотность коры - 2,8 т/м3.
Исследование путей распространения сейсмических волн (продольных и поперечных колебаний, происходящих в теле Земли), возникающих в очагах землетрясений, позволяет нарисовать более подробную картину внутреннего строения Земли, которая в упрощенном виде представлена на рисунке.
В центре находится твердое, предположительно железно-никелевое ядро радиуса 1255 км. Оно погружено в жидкое ядро, верхняя граница которого находится на глубине 2900 км. Вещество его проводит электрический ток и способно к перемешиванию. В таких условиях может возникнуть электрический ток. И он действительно возникает, порождая магнитное поле, которое и наблюдается нами, как магнитное поле Земли.
Кора имеет толщину от 5 км (под океанами) до 50 км (под Гималаями - 70 км). Ниже, вплоть до жидкого ядра Земли, простирается оболочка, названная мантией. Ее верхний слой частично расправлен. Кора и этот слой медленно перемещаются. Это проявляется в движении материков и в образовании, так называемых, срединно-океанических хребтов. При сталкивании твердых плит верхнего слоя Земли (литосферных плит) происходит горообразование. Энергия, обеспечивающая эти движения и вулканические процессы, имеет два главных источника: распад радиоактивных изотопов урана, калия и тория и перераспределение масс в недрах Земли, при котором потенциальная энергия этих масс превращается в тепловую (внутреннюю) энергию. Рост температуры с глубиной, наиболее быстрый у поверхности (15-20 К на один километр), постепенно замедляется и в центре Земли температура составляет 4000-5000 К.
Похожие статьи
-
Строение Земли - Происхождение Вселенной
Многочисленные науки о Земле и ее составных частях в недавнем прошлом развивались фактически независимо друг от друга. Теперь появилась осознанная...
-
Мантия Земли - История, строение и народонаселение планеты Земля
Таблица 3. Слои плит Глубина км. Слой Плотность г/смі 0-60 Литосфера (местами варьируется от 5 до 200 км) - 0-35 Кора (местами варьируется от 5 до 70 км)...
-
Внутреннее строение луны - Луна как спутник Земли
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Внутреннее строение Луны - Планета Луна
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Внутреннее строение Луны - Исследования Луны
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Внутреннее строение Луны - Характеристика особенностей Луны
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Форма и размеры Земли, Внешние и внутренние оболочки Земли - Земля - планета Солнечной системы
Исследования формы Земли при помощи современных методов позволили уточнить форму и размеры Земли, которые были вычислены геодезистом А. А. Изотовым в...
-
Внутреннее строение Луны - Характеристика Луны как небесного тела
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Внутреннее строение Луны - Луна
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Внутреннее строение Луны - Характеристика Луны
Структура недр Луны также определяется с учетом ограничений, которые налагают на модели внутреннего строения данные о фигуре небесного тела и, особенно о...
-
Ядро Земли, Гидросфера, Атмосфера - История, строение и народонаселение планеты Земля
Рис. 4. Карта Ядро состоит из железоникелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Тектонические платформы Карта, иллюстрирующая...
-
Общая структура планеты Земля - История, строение и народонаселение планеты Земля
Структура планеты Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твердых силикатных оболочек (коры, крайне...
-
Образование Земли - Образование Земли
Большинство ученых считает, что Солнце и планеты образовались около 4,6 миллиардов лет назад из огромного облака крошечных твердых частиц и газов,...
-
Строение Земли - История, строение и народонаселение планеты Земля
Таблица 1. Строение Земли Оболочки Земли Внешние Атмосфера Биосфера Ноосфера Гидросфера Внутренние 1) Кора (Континентальная кора - Океаническая кора):...
-
КАК СОЛНЦЕ ВЛИЯЕТ НА ЗЕМЛЮ - Солнце, его строение и особенности
Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и...
-
ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ - Сейсмичность Марса
Определение внутреннего строения Марса - сложная задача сравнительной планетологии. Модели носят пока теоретический, прикидочный характер. При их...
-
Как ученые узнали, что находится в центре Земли? - Место Земли в Солнечной системе
Ни один ученый, ни один специальный прибор не может добраться до центра Земли. Но как же люди узнали, что находится в самом сердце нашей планеты? Прежде...
-
Строение недр планет зонной группы - Структура Солнечной системы
Каково строение недр планет? Наиболее изученной является Земля, поэтому естественно начать с описания недр Земли. По аналогии с Землей разрабатываются...
-
Строение Солнца - Солнце и его влияние на Землю
Солнце имеет атмосферу . Нижний слой солнечной атмосферы называется фотосферой. Температура фотосферы составляет примерно 5800 К. Солнечные пятна -...
-
Начальное состояние и эволюция Земли - Происхождение Солнечной системы
Земля росла из роя "промежуточных" тел, двигавшихся в широкой области между орбитами Венеры и Марса. Отличия в составе и плотности планетезималей были...
-
Земля Земля - планета Солнечной системы, расположенная на расстоянии 150 миллионов километров от Солнца. Земля вращается вокруг него со средней скоростью...
-
История Земли - История, строение и народонаселение планеты Земля
Земля и другие планеты Солнечной системы сформировались 4,54 млрд. лет назад из протопланетарного диска пыли и газа, оставшегося после формирования...
-
Образование Вселенной - Земля - планета Солнечной системы
Земля - одна из 9 планет Солнечной системы, а Солнце представляет собой самую рядовую звезду типа желтого карлика, находящуюся в Галактике Млечного Пути,...
-
В основу всех современных гипотез о происхождении планет положена идея о формировании их из газопылевого облака. При этом большинство ученых склоняется к...
-
Начальное состояние и эволюция Земли - Современная космогония
Земля росла из роя "промежуточных" тел, двигавшихся в широкой области между орбитами Венеры и Марса. Отличия в составе и плотности планетезималей были...
-
Единственный спутник Земли - Луна - Место Земли в Солнечной системе
Физические условия на Луне, как и на любом другом небесном теле, в значительной мере определяются ее массой и размерами. Сила тяжести на поверхности Луны...
-
Химический состав Земли - Структура Солнечной системы
Химический состав коры изучается непосредственно, информацию о составе недр Земли получают опять же с помощью сейсмических волн. Как? По зависимости (r),...
-
Геохронологическая шкала, История создания шкалы - Образование Земли
Геохронологическая шкала - геологическая временная шкала истории Земли, применяемая в геологии и палеонтологии, своеобразный календарь для промежутков...
-
Народонаселение в демографии, Качество населения - История, строение и народонаселение планеты Земля
Народонаселение в Демографии - совокупность людей, живущих на Земном шаре ( Человечество ) или в пределах конкретной территории - Континента , Страны ,...
-
Земля - История, строение и народонаселение планеты Земля
(От лат. Terra) - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Чаще всего...
-
Образование вселенной - Вселенная: ее эволюция и строение
Современные астрономические наблюдения свидетельствуют о том, что началом Вселенной, приблизительно десять миллиардов лет назад, был гигантский огненный...
-
Земля - Строение Солнечной системы
Землям - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Чаще всего упоминается как...
-
Принцип построения шкалы - Образование Земли
Геохронологическая шкала создавалась для определения относительного геологического возраста пород. Абсолютный возраст, измеряемый в годах, имеет для...
-
Образование звезд, стадия гравитационного сжатия - Эволюция и строение звезд
Согласно наиболее распространенной точке зрения, звезды образуются в результате гравитационной конденсации вещества межзвездной среды. Необходимое для...
-
Планеты земной группы. Система Земля - Луна - Планеты Солнечной системы
Благодаря наличию спутника, Луны, Землю нередко называют двойной планетой. Этим подчеркивается как общность их происхождения, так и редкостное...
-
Что представляет собой Юпитер?, Внутреннее строение Юпитера - Юпитер
Размеры Юпитер - это планета - гигант, которая содержит в себе более 2/3 массы всей нашей планетной системы. Масса Юпитера равна 318 земным -...
-
Периоды полураспада - Место Земли в Солнечной системе
Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью. Единицей ее измерения является период полураспада - время, за которое распадается половина...
-
Земля - Характеристика планет Солнечной системы
Третья от Солнца планета Солнечной системы, удаленная от него на среднее расстояние 1 а. е., с периодом обращения в 1 год. Масса 5.98*1024 кг, полярный...
-
Земля - Место Земли в Солнечной системе
1. Знакомство с индивидуальными особенностями тел планетного типа мы начнем с "двойной планеты", как нередко называют систему Земля-Луна. Эти два тела,...
-
Население Земли - История, строение и народонаселение планеты Земля
Население - непрерывно возобновляющаяся в процессе воспроизводства совокупность людей, живущих на Земле в целом или в пределах какой-либо ее части...
Строение Земли - Образование Земли