Строение Земли

В результате геологических разведок удалось определить строение Земли а также ее состав на глубину более 8 км.

 

Экваториальный радиус земли равен 6378,245 км, а полярный-6356,863 км. Такая форма ближе всего в форме эллипсоида вращения. Так как разница величин полярного и экваториального радиусов незначительна, такой элипсоид стали называть сфероидом.

Рисунок-1. соотношение между действительной поверхностью Земли,геоидом и элипсоидом вращения

соотношение между действительной поверхностью Земли,геоидом и элипсоидом вращения

Его поверхность отличается от поверхности, совпадающей с уровнем неподвижной поверхности океанов. Условная форма Земли, ограниченная уровнем поверхности океанов, называется геоидом. Поверхность геоида в любой точке перпендикулярна линии отвеса, то есть направлению силы тяжести.

Рисунок-2.График изменения плотности Земли по глубине

График изменения плотности Земли по глубине

Эта поверхность не совпадает ни с поверхностью сфероида, ни с действительной земной поверхностью.Соотношение между действительной поверхностью Земли, геоидом и эллипсоидом вращения показано на рисунке-1.
Для практических расчетов пользуются понятием среднего радиуса Земли. При его величине 6370 км можно установить среднюю линию меридиальной дуги в 1°(градус), равную 111 км.

Читай также тепловой режим Земли

В результате геологических разведок удалось определить строение и состав Земли на глубину более 8 км. Глубже строение и состав земли пока установлены только косвенно, с помощью сейсмологических, гравиметрических, астрономических, геодезических и геофизических методов. Так, масса Земли считается равной ,98 х 10(27) г. По массе и объему Земли была определена средняя ее плотность -5.52 г/см³( смотри рисунок-2). Плотность веществ,наиболее часто встречающихся на поверхности Земли, в среднем составляет около 2,7 г/см³( рисунок-2).

◊ Характеристика оболочек Земли

По существующим данным,Земной шар может быть подразделен на ряд концентрических сфер (оболочек), как бы вложенных друг в друга. Эти сферы называются оболочками Земли или геосферами ( рисунок-3).

Рисунок-3. Схема строения, состава и свойств Земли ( в области потухших вулканов штрихами показан только осадочный слой, в областях морей и океанов ими показана еще и вода) ( по Гутенбергу и др.):

Схема строения, состава и свойс

1-осадочный слой; 2-гранитный слой; 3-базальтовый слой; 4-глубинный разлом; 5-первичный очаг; 6-вторичный очаг.

Можно выделить наружные геосферы, доступные изучению-атмосферу,гидросферу,биосферу и земную кору и ряд внутренних, границы раздела между которыми выделены по резким скачкообразным изменениям скоростей распространения сейсмических волн, вызванных изменением упругих характеристик и плотности вещества ( рисунок-4).
Первая граница раздела находится на глубине 60-80 км и называется разделом Мохоровичича, впервые установившего эту границу). Выше лежит земная кора (А)-твердая внешняя геосфера, являющаяся основным объектом изучения геологии.В ней выделяются осадочный, гранитный и базальтовый слои.

Рисунок-4.Графики изменения скорости поперечных Vp и Vз волн на различной глубине земного шара с сектором (справа), иллюстрирующим оболочечное строение Земли по данным сейсмического метода.

Графики изменения скорости поперечных Vp и Vз волн на различной глубине земного шара

Осадочный слой или стратисферу (стратум-слой),слагают различные по составу осадочные горные породы ( глины, суглинки, пески,галечники, известняки и другие), прерывистым чехлом покрывающие земную кору с поверхности. Мощность стратисферы варьирует от 0 до 10-15 км при среднем значении около 3 км; средняя плотность -2,5-2,6 г/см³.

Гранитный слой развит в земной коре неравномерно. Его мощность увеличивается от древних к молодым континентам и наибольшей величины (50-80 км) достигает в зонах молодых горных сооружений (Западные Альпы, Памир).Гранитный слой практически отсутствует или очень мал (0,4-0,5 км) под океанами ( рисунок-5). По составу этот слой близок к гранитам и имеет плотность 2,6-2,7 г/см³.

В составе осадочного и гранитного слоев преобладают кроме кислорода кремний и алюминий, поэтому их часто объединяют общим названием сиаль. Граница Конрада, определяемая ростом плотности пород (от 2,7 до 2,9 г/см³) отделяет гранитный слой от нижней части земной коры -базальтовой постели.Базальтовый слой на территориях равнин достигает 20-30 км, в районе молодых гор-15-20 км, а под океанами -5-6 км.По составу и свойствам от близок к породам с малым содержанием кремнезема ( типа базальтов,габбро и т.д.) и большей плотностью, чем породы гранитного слоя.

Базальтовый состав слоя под океанами подтверждается излиянием базальтовых лав подводными вулканами.Границы между слоями весьма условны и слабо выражены вследствие их взаимного перехода, смещения и замещения как по площади развития, так и в глубь Земли.

Мантия земли

Ниже поверхности Мохоровича находится мантия Земли. Она распространяется до глубины 2900 км, фиксируя второй раздел первого порядка, отделяющий мантию от ядра Земли. В мантии по строению, составу,свойствам и другим признакам сейчас выделяют три слоя: слой Гутенберга (В) до глубины 200-400 км, слой Голицына (С)-до 700-900 км и слой (Д)-до 2900 км ( смотри рисунок-3).

Слои В и С входят в состав верхней мантии или симатической оболочки Земли, содержащей кроме кислорода и кремния еще и магний -sima(silicium и magnium).Эту первую оболочку, охватывающую земной шар сплошь и назвали верхней мантией, средняя плотность ее вещества -от 3,2 до 4,5 г/см³ .

В пределах слоя В выделяют астеносферу ( волновод или пояс размягчения)-пластичный разуплотненный слой вещества, находящийся между 100-200 км под материками и между 50-400 км под океанами. Как менее плотный , материал волновода стремится всплыть. Полагают , что он состоит на 25 % из базальта, выплавленного из перидотитового вещества слоя В.

На долю жидкой фазы в волноводе приходится до 10% общего объема его массы.Жидкий базальт, концентрируясь у гребней выступов волновода, образует крупные скопления (астенолиты), которые при нарушении изостатического равновесия внутри Земли, могут отрываться от него и внедряться в земную кору или изливаться на ее поверхность. Следовательно именно в слое В зарождаются очаги вулканов, землетрясений, связанных с перемещением глубинных масс, фокусы которых обнаруживаются до глубины 700-800 км.

Верхняя мантия на данной стадии развития и изученности глубинных процессов является наиболее активной и продуктивной частью оболочки, из которой формируются магматические породы и большинство полезных ископаемых .

Ниже астеносферы в пределах слоя В на глубинах более 200 км находится слой с повышенной вязкостью. Его сменяет слой С-переходная зона, в которой возрастает плотность пород, скорости сейсмических волн достигают максимальных значений.К этой зоне приурочены глубокофокусные землетрясения, контролируемые глубинными разломами или зонами Беньофа.

В.А. Магницкий полагает, что возрастание плотности вещества в слое С и еще больше в слое Д(5,3-6,6 г/см³) связано с заменой ионных типов связей ковалентными; дополнительным фактором является видимо, медленное нарастание всестороннего давления. В состав слоя Д предполагаются кислород, железо, магний, никель.

Центральное ядро -с глубины 2900 км до центра земли -состоит по-видимому из никеля и железа и отсюда его сокращенное название -нифе* (nikel и ferrum). (*Нифе-выделение оболочек Земли -сиаль, сима, хрофесима, нифесима и нифе Si, Al, Mg, Cr, Fe, Ni)-было предложено Э.Зюсом в конце XIX в.)

Плотность вещества колеблется от 7 до 11 г/см³. В пределах ядра выделяется жидкая внешняя оболочка до глубины 5100 км ( слой Е-внешнее ядро), а с глубины 5100 км, внутренняя часть -твердое ядрышко. Большая плотность вещества в ядрышке может быть объяснена тем, что под влиянием больших давлений (смотри рисунок-3) у некоторой части атомов должно произойти разрушение электронных оболочек и срыв электронов.

Такие атомы могут сблизиться на гораздо меньшие расстояния, чем это возможно при обычных условиях; то есть вещество в центре Земли может быть сжато в несравненно большей степени, чем в поверхностных частях. При этом появится большое число свободных не связанных с атомами электронов, придающих веществу любого химического состава свойства металла или металлизированного вещества.

Полагают что Земля в основном находится в твердом состоянии.Согласно этому все три слоя земной коры -осадочный, гранитный и базальтовый состоят из твердых веществ. Залегающая ниже симатическая оболочка и все последующие слои вплоть до ядра состоят из веществ, по физическим свойствам напоминающим сургуч , стекло или парафин.

Эти вещества при мгновенно действующих силах ведут себя как типично твердые, при медленно действующих -как жидкие. В таком своеобразном физическом состоянии находится вещество мантии Земли. Внешняя оболочка ядра представляет собой сильно переуплотненную жидкость, а центральная часть -ядрышко -твердое металлизированное вещество.

Атмосфера это газообразная воздушная оболочка Земли, состоящая из трех основных слоев: тропосферы,стратосферы и ионосферы.Границы между слоями до известной степени условны и в некоторых случаях изменяются в зависимости от времени года и широты местности.

Близжайший к земной поверхности слой атмосферы -тропосфера -образует оболочку толщиной от 6 км у полюсов, до 15-18 км у экватора .Средняя толщина тропосферы в умеренных широтах примерно 10-12 км. Тропосфера содержит около 80% всей массы атмосферы , в том числе почти весь водяной пар.Давление воздуха на уровне моря составляет одну атмосферу или 102 кПа.

На высоте 10 км оно снижается до 26 кПа, соответственно еще выше -в стратосфере и ионосфере давление постепенно падает до до нуля. В тропосфере содержится азота около 78%, кислорода -21 %, аргона -0,93 %, углекислого газа-0,03 %. Нагревание воздуха в тропосфере обусловлено тепловым излучением нагретой поверхности Земли.

Установлено что на каждые 100 м высоты температура понижается на 0,5 -0,6 град°. У полюсов температура у верхней границы тропосферы составляет минус 45-55°, а в экваториальной части достигает минус 70-80°. При понижении температуры воздуха происходит конденсация излишнего количества водяных паров, выпадающих на поверхность Земли в виде дождя и снега. Температура начала конденсации называется точкой росы.

Стратосфера имеет верхнюю границу на высоте приблизительно 80-90 км. Масса стратосферы невелика -около 5 % всей массы атмосферы. Температура в средних слоях иногда превышает 25°С, но в верхних слоях она вновь начинает падать и опускается на 80-90°С ниже нуля.

Полагают,что повышение температуры в средних слоях связано с увеличением содержания озона.Наличие озона даже в миллионных долях процента обеспечивает надежную защиту Земли от губительных для жизни ультрафиолетовых и других излучений солнца.Выше стратосферы располагается ионосфера .Воздух в ионосфере сильно ионизирован , часто наблюдаются полярные сияния. Верхняя граница полярных сияний иногда достигает 1000-1100 км, но чаще не превышает 400-500 км.Слой атмосферы расположенный выше 1000 км называют экзосферой (внешняя сфера). Верхняя граница этого слоя очень рязряженного четко не установлена поскольку он постепенно переходит в межпланетное пространство.

Поверхность Земли образуют возвышенности и впадины.Глубина наибольшей впадины (вблизи Филиппинских островов) составляет около 10,8 км, а наибольшая высота над уровнем океана (гора Джомолунгма)-8,9 км.Разница в уровнях земной поверхности здесь приблизительно равна 20 км.

Впадины на поверхности Земли заняты водами Мирового океана, образующего вместе с водами морей, озер и рек водную оболочку Земли -Гидросферу. Сюда же относятся подземные воды , залегающие ниже поверхности Земли. Таким образом гидросфера является очень своеобразной оболочкой : хотя все воды в нее входящие в той или иной степени связаны между собой условия нахождения их в природе различны.

Наибольшие массы воды сосредоточены в мировом океане.По температуре и солености воды, характеру морских течений и условиям ледовитости Мировой океан делят на Атлантический, Великий или Тихий,Индийский и Северный Ледовитый океаны.На дне океанов и морей выцделяют три зоны : шельф,континентальный склон и ложе Мирового океана.Зона шельфа (мелководье)сравнительно узкой полосой (шириной 60-70 км) окаймляет материки и архипелаги.

Глубина шельфа доходит до 400 м. Шельф очень полого спускается в сторону моря и составляет около 8,4 % площади морского дна.Зона континентального склона (батиальная зона имеет глубины от 200-400 до 2000-3000м.Полосой в нескольких десятков а иногда и сотен километров он примыкает к шельфу, занимая примерно 19,2 % площади морского дна.

Ложе мирового океана или абиссальная (глубинная)зона имеет глубины превосходящие 3000 м.На долю этой зоны приходится 72,4% площади морского дна и более половины (∼54%)от общей площади поверхности Земли.Примерное соотношение между морскими зонами показано на рисунке -6.

Рисунок-6. Схематический разрез, иллюстрирующий соотношение между морскими зонами.

Схематический разрез, иллюстрирующий соотношение между морскими зонами.

На материках гидросфера представлена озерами, реками и подземными водами.Озера представляют собой котловины ,заполненые водой, их происхождение самое разное.Так,котловины Байкала,Иссык-Куля и некоторых других озер -это провалы Образовавшиеся в результате действия внутренних сил Земли.

Озера соловецких островов образованы в результате выпахивающего действия ледников ; горные обвалы, перегородившие речные долины, создали условия для возникновения Сарезского и Яшиль-Кульского озер нап Памире и др.Люди создают искусственные большие водоемы, называемые морями (Московское,Цимлянское и др.).

Некоторые озера имеют громадные размеры (Каспийское море с площадью 436340 км² и глубиной до 980 м),другие -очень малые.Озера бывают проточные и бессточные.Проточные озера дают начало рекам (Ладожское, Онежское и др). В таких озерах вода пресная .Бессточные могут принимать реки , но стока не имеют и расходуют воду только на испарение (Аральское,Балхаш и другие).

В таких озерах вода со временем засолоняется и они становятся солеными. Концентрация солей в воде бывает очень высокой ( в озерах Эльтон и Баскунчак в СССР и Мертвом море в Аравии). Реки представляютсобой постоянные водные потоки, текущие в разработанных ими руслах.

Источники питания рек могут являться дождевые, талые снеговые и ледниковые воды а также подземные воды, выходящие в их руслах.Часто питание рек бывает смешанным с преобладанием какого-либо одного источника питания.Воды большинства рек стекают в Мировой океан с годовым стоком 36,3 км³.

Подземные воды протекают в толще земной коры , просачиваясь через водопроницаемые горные породы или протекая в трещинах водонепроницаемых пород. В отдельных случаях в растворимых породах воды промывают обширные пустоты и проходы и образуют подземные реки и озера.

Гидросфера обладает высокой подвижностью и живой силой перемещающейся воды во всех условиях ее существования. Вследствие этого она является мощным геологическим фактором развития земной поверхности. Гидросфера является непременным условием существования жизни на Земле.

Зона распространения живых организмов ( включая растения) образуют прерывистую, несплошную органическую оболочку Земли -биосферу , составляющую около 0,1% массы всей земной коры и теснейшим образом связаной с атмосферой и гидросферой . В геологии биосфера рассматривается только с точки зрения ее влияния на изменения, протекающие в земной коре .Изучение биосферы позволяет также восстанавливать историю ее развития как среды в которой организмы жили и отмирали.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.