Представления о внутренней неоднородности строения Земли и о её концентрически-зональном строении основаны на результатах комплексных геофизических исследований. Прямые свидетельства глубинного строения земных недр относятся к небольшим глубинам. Они получены в процессе изучения естественных разрезов (обнажений ) горных пород, разрезов карьеров, шахт и буровых скважин. Самая глубокая в мире скважина на Кольском полуострове углубилась в недра на 12 километров. Это составляет всего лишь 0,2% радиуса Земли (радиус Земли около 6 тыс. км.) (рис. 3.5.). Продукты вулканических извержений дают возможность судить о температурах и составе вещества на глубинах 50-100 км.

Рис. 3.5. Внутренние оболочки земли

Сейсмические волны. Главным методом исследования недр является сейсмический метод. Он основан на измерении скорости прохождения механических колебаний разных типов через вещество Земли. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии и возникновением механических колебаний, которые распространяются в виде сейсмических волн во все стороны от места возникновения. Скорость распространения сейсмических волн весьма велика и в плотных телах, например в камне (в горных породах) достигает нескольких километров в секунду. Различают две группы сейсмических волн – объемные и поверхностные (рис. 3.6. и 3.7.). Слагающие Землю горные породы упруги и поэтому могут деформироваться и испытывать колебания при резком приложении давления (нагрузок). Внутри объема горных пород распространяются объемные волны. Они делятся на два типа: продольные (Р) и поперечные (S ) . Продольные волны в теле Земли (как и в любых других физических телах) возникают как реакция на изменение объёма. Подобно звуковым волнам в воздухе, они попеременно сжимают и растягивают вещество горных пород в направлении своего движения. Волны другого типа – поперечные возникают как реакция на изменение формы тела. Они колеблют среду, через которую они проходят, поперек пути своего движения.

На границе двух сред с разными физическими свойствами сейсмические волны испытывают преломление или отражение(P,S, PcP, PkP и т.д.). Геофизические исследования были дополнены термодинамическими расчетами и результатами физического моделирования и данными изучения метеоритов.

Полученные данные свидетельствуют о наличии в недрах Земли многочисленных субгоризонтальных границ раздела. На этих границах происходит изменение скоростей и направлений распространения физических волн (сейсмических, электромагнитных и др.) при их распространении вглубь планеты.

Рис. 3.6. Распространение сейсмических волн (О – очаг землетрясения).

Эти границы отделяют друг от друга отдельные оболочки – «геосферы», которые отличается друг от друга по химическому составу и по агрегатному состоянию вещества в них. Эти границы, отнюдь, не представляют собой привычные геометрически правильные бесконечно тонкие плоскости. Любая из этих границ – это некий объём недр, сравнительно небольшой по сравнению с объёмом разделяемых геосфер. В пределах каждого такого объёма происходит быстрая, но постепенная смена химического состава и агрегатного состояния вещества.

Недра Земли. По существующим представлениям земной шар разделен на ряд концентрических оболочек (геосфер), как бы вложенных друг в друга (рис.3.7., табл. 3.5.). «Внешние» оболочки и «внутренние» оболочки (иногда последние называют просто «недрами») отделены друг от друга поверхностью земли. Внутренние оболочки представлены, соответственно ядром, мантией и земной корой. Каждая из этих геосфер, в свою очередь имеет сложное строение. В модели Гутенберга-Буллена использована индексация гео­сфер, популярная и в настоящее время. Авторы выделяют: земную кору (слой А) - граниты, метаморфические породы, габбро; верх­нюю мантию (слой В); переходную зону (слой С); нижнюю мантию (слой D), состоящую из кислорода, кремнезема, магния и железа. На глубине 2900 км проводят границу между мантией и ядром. Ниже находится внешнее ядро (слой Е), а с глубины 5120 м - внутреннее ядро (слой G), сложенное железом:

- земная кора – тонкая внешняя каменная оболочка Земли. Она распространена от поверхности Земли вглубь до 35-75 км, слой A: Ср. толщина 6-7 км – под океанами; 35-49 км – под равнинными платформенными территориями континентов; 50-75 км – под молодыми горными сооружениями. Это самая верхняя из внутренних оболочек Земли.

мантия - промежуточную оболочку (35-75 км. до 2900 км) (слои В, С, D) (греч. “мантион” - покрывало): слои B (75-400 км) и C (400-1000 км) соответствуют верхней мантии; переходный слой D (1000-2900 км) - нижней мантии.

-ядро – (2900 км. – 6371 км.) слои E, F, G где: Е (2900-4980 км) – внешнее ядро; F (4980-5120 км) – переходная оболочка; G (5120-6371 км) – внутреннее ядро.

Ядро Земли . Ядро составляет 16,2% ее объёма и 1/3 массы. Оно, видимо, сжато у полюсов на 10 км. На границе мантии и ядра (2900 км) происходит скачкообразное понижение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с. Поперечные волны ниже этой границы раздела не проникают. Ядро не пропускает их сквозь себя. Это дало повод сделать вывод, что во внешней части ядра вещество находится в жидком (расплавленном) состоянии. Ниже границы мантии и ядра скорость продольных волн вновь нарастает - до 10,4 км/с. На границе внешнего и внутреннего ядра (5120 км) скорость продольных волн достигает 11,1 км/с. А потом до центра Земли почти не изменяется. На этом основании предполагается, что с глубины 5080 км вещество ядра вновь приобретает свойства очень плотного тела, и выделяется твердое внутреннее "ядрышко " с радиусом 1290 км. По мнению одних ученых, земное ядро состоит из никелистого железа. Другие утверждают, что железо, кроме никеля содержит примесь легких элементов - кремния, кислорода, возможно, серы и др. В любом случае железо как хороший проводник электричества может служить источником динамо-эфекта и образования магнитного поля Земли.

Действительно, с точки зрения физики, Земля в некотором приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Японские ученые доказывают, что ядро Земли постепенно увеличивается за счет дифференциации вещества мантии 12 . составляет 82,3% объема Земли. О ее строении и вещественном составе могут быть высказаны лишь гипотетические предположения. Они основаны на сейсмологических данных и материалах экспериментального моделирования физико-химических процессов, происходящих в недрах при высоких давлениях и температурах. Скорость продольных сейсмических волн в мантии нарастает до13,6 км/с, поперечных – до 7,2-7,3 км/с.

Мантия Земли (верхняя и нижняя ). Ниже раздела Мохоровичича между земной корой и ядром Земли находится мантия (до глубины около 2900 км). Это самая массивная из оболочек Земли – она составляет 83% объёма Земли и около 67% её массы. В мантии Земли по строению, составу и свойствам выделяют три слоя: слой Гуттенберга – В до глубины 200–400 км, слой Галицина – С до 700-900 км и слой D до 2900 км. В первом приближении слои В и С обычно объединяют в верхнюю мантию, а слой D рассматривают в качестве нижней мантии. В целом в пределах мантии плотность вещества и скорость сейсмических волн быстро возрастают.

Верхняя мантия. Считается, что верхняя мантия сложена магматическими горными породами, сильно обедненными кремнеземом, но обогащенными железом и магнием (так называемыми ультраосновными породами), главным образом перидотитом. Перидотит на 80% состоит из минерала оливина (Mg,Fe) 2 и на 20% из пироксена (Mg,Fe) 2 .

Земная кора отличается от нижележащих оболочек своим строе­нием и химическим составом. Подошва земной коры очерчивается сейсмической границей Мохоровичича, на которой скорости рас­пространения сейсмических волн резко возрастают и достигают 8 - 8,2 км/с.

Таблица 3.5. Распространенность горных пород в земной коре

(по А.Б. Ронову, А.А.Ярошевскому, 1976. и по В.В. Добровольскому, 2001)

Земная поверхность и примерно 25-километровая часть земной коры формируются под воздействием:

1)эндогенных процессов (текто­нические или механические и магматические процессы), благода­ря которым создается рельеф земной поверхности и формируются толщи магматических и метаморфических горных пород;

2) экзо­генных процессов , вызывающих денудацию (разрушение) и вы­равнивание рельефа, выветривание и перенос обломков горных пород и переотложение их в пониженных частях рельефа. В резуль­тате протекания весьма разнообразных экзогенных процессов фор­мируются осадочные горные породы, составляющие самый верх­ний слой земной коры.

Выделяют два основных типа земной коры: континентальный (гранито-гнейсовый) и океанский (базаль­товый) с прерывистым осадочным слоем. Переход от коры континентального типа к коре оке­анического типа представлен на рис. 3.8.

В континентальной коре выделяют три слоя: верхний - осадоч­ный и два нижних , сложенных кристаллическими породами. Мощ­ность верхнего осадочного слоя меняется в широких пределах: от практически полного отсутствия на древних щитах до 10 - 15 км на шель­фах пассивных окраин континентов и в краевых прогибах плат­форм. Средняя мощность осадков на стабильных платформах со­ставляет около 3 км.

Под осадочным слоем находятся толщи с преобладанием в них магматических и метаморфических горных пород гранитоидного ряда, относительно богатых кремнеземом. Местами в областях расположения древ­них щитов они выходят на земную поверхность (Канадский, Бал­тийский, Алданский, Бразильский, Африканский и др.). Породы «гранитного» слоя обычно преобразованы процессами региональ­ного метаморфизма и имеют очень древний возраст (80% континентальной земной коры древнее 2,5 млрд. лет).

Под «гранитным» слоем располагается «базальтовый» слой. Вещественный состав его не изучен, но судя по данным геофизических исследований, предполагается, что он близок с породами океанской коры.

Как континенталь­ная, так и океанская кора подстилаются породами верхней ман­тии, от которой они отделяются границей Мохоровичича (граница Мохо).

В целом Земная кора состоит преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. В ней пре­обладают кислород (43,13 %), кремний (26 %) и алюминий (7,45 %), главным образом представленные в форме оксидов, силикатов и алюмосиликатов. Средний химический состав земной коры приве­ден в табл. 3.6.

В земной коре континентального типа отмечается сравнительно высокое содержание долгоживущих радиоактивных изотопов урана 238 U, тория 232 Th и калия 40 K. Их наибольшая концентрация характерна для «гранитного» слоя.

Самый верхний слой - осадочный - представлен песчано-глинистыми и карбонатны­ми осадками, отложившимися на небольших глубинах. На больших глубинах отла­гаются кремнистые илы и глубоководные красные глины.

Средняя мощность океанских осадков не превышает 500 м и только у под­ножия материковых склонов, особенно в районах крупных речных дельт, она возрастает до 12 -15 км. Вызвано это своеобразной бы­стротечной «лавинной» седиментацией, когда практически весь терригенный материал, выносимый речными системами с конти­нента, отлагается в прибрежных частях океанов, на материковом склоне и у его подножия.

Второй слой океанской коры в верхней части слагается поду­шечными лавами базальтов. Ниже располагаются долеритовые дайки того же состава. Общая мощность второго слоя океанской коры составляет 1,5 км и редко достигает 2 км. Под дайковым комплек­сом располагаются габбро и серпентениты, представляющие собой верхнюю часть третьего слоя. Мощность габбро-серпентинитового слоя достигает 5 км. Таким образом, общая мощность океанской коры без осадочного чехла составляет 6,5 - 7 км. Под осевой частью срединно-океанских хребтов мощность океанской коры сокращается до 3-4, а иногда и до 2 - 2,5 км.

Под гребнями срединно-океанских хребтов океанская кора залегает над очагами базальтовых расплавов, выделившихся из вещества астеносферы. Средняя плотность океанской коры без осадочного слоя составляет 2,9 г/см 3 . Исходя из этого общая масса океанской коры составляет 6,4 10 24 г. Океанская кора формируется в рифтовых областях срединно-океанских хребтов за счет поступления базальтовых расплавов из астеносферного слоя Земли и излияния толеитовых базальтов на океанское дно.

Литосфера. Залегающую выше астеносферы твердую плотную оболочку (включая земную кору) называют литосферой (греч. "литос" - камень). Характерным признаком литосферы является её жесткость и хрупкость. Именно хрупкостью объясняется наблюдаемое блочное строение литосферы. Она разбита крупными трещинами – глубинными разломами на крупные блоки - литосферные плиты.

Благодаря глобальной системе механических напряжений, чьё возникновение связано с вращением Земли, литосфера расколота на фрагменты – блоки разломами субмеридиального, субширотного и диагонального направлений. Эти разломы обеспечивают относительную независимость движения блоков литосферы относительно друг друга, чем и объясняется разница в строении и геологической истории отдельных литосферных блоков и их ассоциаций. Разделяющие блоки разломы, являются ослабленными зонами, по которым поднимаются магматические расплавы и потоки паров и газов.

В отличие от литосферы вещество астеносферы не обладает пределом прочности и может деформироваться (течь) при действии даже очень небольших нагрузок.

Химический состав земной коры . Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .Самые распространенные химические элементы (рис. 3.10) на всей Земле это:

кислород (О 2) – составляет 47 масс % земной коры. Он входи в состав около 2 тысяч минералов;

кремний (Si) – составляет 29,5% и входит в более чем тысячу минералов;

алюминий (Аl) – 8,05%;

железо (Fe), кальций (Са), калий (К), натрий (Na), титан (Ti), магний (Mg) – составляют первые % массы земной коры;

На долю остальных элементов приходится около 1%.

А.Е. Ферсман предложил выражать числа кларка не в весовых, а в атомных процентах, что лучше отражает соотношения количеств атомов, а не их масс и сформулировал три основные закономерности:

1. Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .

2. Всего девять элементов O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, являются главными строителями литосферы, составляя 99,18% ее веса. Из них на первые три приходится 84,55%. На долю остальных 83 приходится менее 1% (рис.3.9.).

3. Ведущий элемент – кислород. Его массовый кларк оценивается в интервале 44,6 – 49%, атомный – 53,3 (по А.Е. Ферсману), а объемный (по В.М. Гольдщмидту) – 92%.

Таким образом, земная кора и по объему и по массе состоит главным образом из кислорода.

Если средние содержания элементов в коре в первом приближении можно считать неизменными на протяжении всей ее истории, то в отдельных ее участках идут периодические изменения. Хотя земная кора не является закрытой системой, ее обмен массами вещества с космосом и более глубокими зонами планеты пока не могут быть учтены количественно, выходят за пределы точности наших измерений и явно не повлияют на числа кларков.

Кларк . В 1889 г. американский геохимик Фрэнк Кларк впервые определил средние содержания химических элементов в земной коре. В честь него русский академик А.Е.Ферсман предложил называть "кларками " - средние содержания химических элементов в какой-либо природной системе - в земной коре, в горной породе, в минерале 13 . Чем выше природный кларк химического элемента, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так, кислород встречается почти в половине всех известных минералов. Любая территория, которая содержит более кларка данного вещества, является потенциально интересной, так как там могут иметься промышленные запасы данного вещества. Такие участки исследуются геологами с целью выявления месторождений полезных ископаемых.

Некоторые химические элементы (например, радиоактивные) со временем изменяются. Так, уран и торий, распадаясь, превращаются в устойчивые элементы - свинец и гелий. Это дает основание предполагать, что в минувшие геологические эпохи кларки урана и тория были, очевидно, значительно выше, а кларки свинца - ниже, чем сейчас. По-видимому, это относится и ко всем другим элементам, подверженным радиоактивным превращениям. Изотопный состав некоторых химических элементов со временем меняется (например, изотоп урана 238 U). Предполагают, что два млрд. лет назад атомов изотопа 235 U на Земле было почти в шесть раз больше, чем сейчас.

Называется корой и входит в литосферу, что в переводе с греческого языка дословно означает "каменистый" или "твердый шар". Она включает в себя и часть верхней мантии. Все это находится непосредственно над астеносферой ("бессильный шар") - над более вязким или пластичным слоем, как бы подстилающем литосферу.

Внутренняя структура Земли

Наша планета имеет форму эллипсоида, или, точнее, геоида, который представляет собой трехмерное геометрическое тело замкнутой формы. Это важнейшее геодезическое понятие дословно переводится как «подобный Земле». Так выглядит наша планета внешне. Внутренне она устроена следующим образом - Земля состоит из слоев, разделенных границами, которые имеют свои определенные названия (самая четкая из них - граница Мохоровичича, или Мохо, разделяет кору и мантию). Ядро, являющееся центром нашей планеты, оболочка (или мантия) и кора - верхняя твердая оболочка Земли - вот основные слои, два из которых - ядро и мантия, в свою очередь, делятся на 2 подслоя - внутренний и внешний, или нижний и верхний. Так, ядро, радиус сферы которого равен 3,5 тысячам километров, состоит из твердого внутреннего ядра (радиус 1,3) и жидкого внешнего. А мантия, или силикатная оболочка, делится на нижнюю и верхнюю части, на которые вместе приходится 67% всей массы нашей планеты.

Самый тонкий слой планеты

Сами грунты возникли одновременно с жизнью на Земле и являются продуктом воздействия окружающей среды - воды, воздуха, живых организмов и растений. В зависимости от различных условий (геологических, географических и климатических) этот важнейший природный ресурс имеет толщину от 15 см до 3 м. Ценность некоторых видов грунтов очень велика. Например, украинский чернозем немцы во времена оккупации рулонами вывозили в Германию. Говоря о земной коре, нельзя не сказать о представляющих собой большие твердые участки, скользящих по более жидким слоям мантии и перемещающихся относительно друг друга. Их сближения и «наезды» грозят тектоническими сдвигами, которые могут быть причиной катастроф на Земле.

Центральную часть планеты, подобную сердцевине яблока, за-нимает тяжелое ядро , состоящее в основном из железа и других металлов в твердом состоянии. Из-за немыслимо высокого дав-ления, создаваемого весом вышележащих слоев, оно стиснуто со всех сторон настолько, что не может расплавиться, несмотря на очень высокую температуру, царящую в недрах. Поэтому только внешняя часть ядра жидкая. Именно движения жидкой и твер-дой частей ядра относительно друг друга и порождают магнитное поле Земли — то самое, на которое реагирует стрелка компаса .

Ядро делится на две части: внешнее и внутреннее. Земное ядро, как предполагают, состоит из расплавленного железа, внутри которого находится твёрдое внутреннее ядро.

Мантия

Мантия (по-гречески — «покрывало») покрывает ядро. Мантия составляет основной объем нашей планеты подобно мякоти яблока. Она про-стирается от земной коры до земно-го ядра почти на 3000 км. Учёные предполагают, что мантия твёрдая и в то же время пластичная, раскалённая. Выделяют верхнюю мантию — астеносферу, и нижнюю — мезосферу.

Вещество мантии отличается от ядра по составу: если ядро мы считаем металлическим, то мантию можно назвать каменной. Ее слагают тяжелые горные породы, такие, как базальт и руды раз-личных металлов. Они хоть и тяжелые, но легче самих металлов, потому и не «потонули» глубже. Температура и давление здесь почти так же велики, как в ядре, и это приводит к тому же резуль-тату: большая часть вещества мантии удерживается в твердом со-стоянии, точнее — напоминающем густой клей. Лишь ближе к по-верхности, где давление немного «отпускает», вещество мантии становится жидким и даже может изливаться наружу через кра-теры вулканов в виде лавы. В глубинах мантийного вещества по-стоянно происходит чрезвычайно медленное тепловое перемеши-вание , подобное тому, что можно наблюдать в кастрюле с варя-щимся густым киселем. Отголоски такого перемешивания мы ощущаем в виде землетрясений: очаги землетрясений как раз об-наруживаются в верхних слоях мантии.

Через «огнедышащие горы» — вулканы — на поверхность Земли поступает мантийное вещество. Вулканические извержения до-ставляют людям множество неприятностей, однако именно вул-канам наша планета обязана своей водной и воздушной оболочка-ми.

Литосфера

Литосфера (каменная оболочка) — это са-мая верхняя оболочка Земли. Она покры-вает снаружи земной шар. Верхний слой литосферы называют зем-ной корой (рис. 42). По этой коре мы с вами ходим, на ней построены города и посёлки, по ней текут реки , в её пониже-ниях плещутся воды морей и океанов .

Поверхность земного шара разнообразна. В одних местах на многие десятки километров простираются равнинные пространства, в других — высятся го-ры , вершины которых покрыты снегом и льдом.

Толщина литосферы не везде одинакова. Под океанами её нижняя граница уходит на глубину 5-10 км, под равнинами — на 30-40 км, а под горными массивами — на 50-70 км.

В состав литосферы геологи включают всю земную кору и самые верхние участки мантии, за-стывшие под корой.

Земная кора

Тонкую наружную «кожуру» планеты (ее средняя толщина всего лишь 33 км) называют земной корой . Если сравнивать Землю с яб-локом, то кора будет даже тоньше яблочной кожуры. Еще ее мож-но сравнить с застывшей пенкой на киселе: она такая же тонкая и неоднородная. Породы земной коры находятся в твердом, застывшем со-стоянии. Нижний, глубинный слой состоит в основном из более тя-желого базальта . Сверху его покрывает слой, сложенный главным образом из более легкого гранита . Обе эти горные породы хо-рошо знакомы каждому человеку: их можно постоянно видеть на природе и на улицах города. В природе же они не часто выходят на поверхность Земли, по-тому что обычно скрыты третьим слоем — слоем осадочных по-род , который образовывался из продуктов разрушения гранитно-го слоя в течение всей истории Земли. Гранитный слой есть толь-ко на материках. За счет него земная кора здесь бо-лее толстая, но хрупкая. На дне океанов гранитного слоя нет — только базальто-вый. Так что под океанами земная кора более тонкая и пластичная.

• Почва . Почва — это наружный слой земной коры.
• Горные породы . Породы, слагающие земную кору, по способу их образования бывают магматические , осадочные и метаморфические . Самый нижний слой земной коры состоит из базальтов, на нём покоится гранитный слой, но только под материками. Под океанами гранитного слоя нет. В ряде мест земного шара граниты выходят на дневную поверхность.

Бурение скважин

Люди роют шахты для добычи угля и руды. Глу-бина некоторых шахт достигает 3 километров. Конечно, сама по себе эта величина не так уж велика — по сравнению с 6,5 тысячи километров, отделяющими поверхность планеты от ее центра, — и, тем не менее, известно, что, когда спускаешься в шахту, темпе-ратура повышается примерно на 3° на каждые 100 м глубины. Чем глубже, тем это увеличение температуры идет быстрее. Не-трудно рассчитать, что уже на глубине 40 км температура превы-сит тысячу градусов. А при такой температуре многие горные по-роды расплавляются в жидкость.

Сейсмический метод

Звук от ударов по земле распространяется иначе, чем по воздуху, — быстрее и дальше. Точно так же есть различия в прохождении звука по твердым и по расплавленным до жидкого состояния горным породам. Изучая «эхо», распространяющееся в глубинах планеты после специальных ударов (небольших направленных взрывов), ученые установили, что на глуби-нах от 60 до 250 километров горные породы действительно становятся частично расплавленными.

Внешние : Атмосфера - воздушная оболочка Земли.

Гидросфера- водная оболочка Земли.

Биосфера- «сфера жизни», ее образуют живые организмы и среда, в которой они живут.

Эти оболочки проникают одна в другую и находятся в постоянном взаимодействии между собой, литосферой и мантией Земли, выражающемся в обмене материи и энергии. Взаимодействие связано не только с различием их физических свойств, но и состава.

Общим свойством внешних оболочек Земли является Их высокая подвижность, благодаря которой любое изменение состава каждой из них очень быстро распространяется часто на всю ее массу. Этим объясняется относительная однородность состава оболочек в каждый данный момент, несмотря на то, что в ходе геологического развития они испытали очень значительные изменения.

Внутренние : Земная кора- твердая, каменная оболочка Земли, состоящая из минералов и горных пород. Толщина ее колеблется от 5-10 км в океанах до 70- 80 км на материках.

Литосфера – это твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Мощность литосферы составляет в среднем 70 – 250 км

Мантия Поверхность Мохоровичича, наблюдаемая во всех областях земного шара, условно считается нижней границей земной коры. Под ней до глубины 2900 км расположена внутренняя оболочка Земли, или мантия.. Она разделяется на два слоя: верхнюю мантию и нижнюю мантию. Ученые считают, что верхняя мантия по химическому и минералогическому составам близка к горным породам, богатым магнием и железом, имеющим значительную плотность. Нижний слой оболочки отличается однородностью по сравнению с верхним.

Ядро Под мантией находится земное ядро. Внешняя часть земного ядра обладает свойствами жидкости: через него не проходят поперечные волны. Радиус земного ядра около 3470 км. При переходе от оболочки (мантии) к ядру резко изменяются физические свойства вещества. В ядре заключено еще внутреннее ядро Земли; его радиус около 1250 км.

Земля́ - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Чаще всего упоминается как Мир , Голубая планета, иногда Терра (от лат. Terra ). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.

Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник - Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле.

Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Ось вращения Земли наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год (365,24 солнечных суток). Луна - начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли.

5. Геологическая деятельность факторов внешней динамики Земли (экзогенные факторы).

Экзогенные процессы - это процессы внешней динамики. Они протекают на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре под влиянием сил, вызванных энергией солнечной радиации, силы тяжести, жизнедеятельности растительных и животных организмов и деятельности человека. К этим процессам, преобразующих рельеф материков, относятся: выветривание, различные склоновые процессы, деятельность текучей воды, деятельность океанов и морей, озер, льда и снега, мерзлотные процессы, деятельность ветра, подземных вод, процессы, обусловленные деятельностью человека, биогенные процессы.

Все экзогенные процессы осуществляют геологическую работу по разрушению, переносу (денудации) и накоплению (аккумуляции) переносимого материала.

6. Геологическая деятельность факторов внутренней динамики Земли (эндогенные факторы).

Эндогенные процессы это процессы внутренней динамики, которые проявляются при воздействии внутренних сил Земли на твердую оболочку. К ним относятся: тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм и землетрясения, которые представляют собой вид тектонических движений. Тектонические движения земной коры создают в течение длительного времени основные формы земной поверхности - гора или впадина, т.е. играют определяющую роль в формировании современного рельефа земной поверхности.

Продукты вулканической деятельности (это тоже эндогенные процессы) могут быть жидкими (лава), твердыми (вулканические бомбы, песок, пепел) и газообразными (фумаролы, сульфаторы). С деятельностью вулканов связаны многие горячие источники (термы) и их разновидность -гейзеры (периодически фонтанирующие), которые приносят на поверхность большое количество минеральных веществ.

Магматическая деятельность является основной причиной образования первичных магматических (гранит, базальт, мрамор и т.д.) и метаморфических горных пород, преобладающих в составе литосферы и возникновения горного рельефа.

7. Периодический закон географической зональности и его геофизическая сущность.

Зональность - изменение природных компонентов и процессов от экватора к полюсам (зависит от шарообразности формы Земли, угла наклона земной оси к плоскости эклиптики (орбитальное вращение), размера Земли, расстояния Земли от Солнца).

Впервые термин ввел Гумбольд в начале 18 века. Основоположник учения о зональности Докучаев.

По Докучаеву проявление зональности в: земная кора, вода, воздух, растительность, почвы, животный мир.

Периодический закон географической зональности - это наличие однотипных ландшафтных зон в разных поясах связанное с повторением одинаковых соотношений тепла и влаги. Этот закон сформировали А.А. Григорьев и М.И. Будыко.

Согласно периодическому закону географической зональности в основе деления географической оболочки лежат:

1) количество поглощаемой солнечной энергии;

2) количество поступающей влаги;

3) соотношение тепла и влаги.

Климатические условия географических поясов и зон можно оценить с помощью показателей: коэффициента увлажнения Высоцкого-Иванова и радиационного индекса сухости Будыко. Значение показателей определяют характер увлажненности ландшафтов: аридный (засушливый) и гумидный (влажный).

Географическая зональность присуща не только материкам, но и Мировому океану, в пределах которого разные зоны различаются количеством приходящей солнечной радиации, балансами испарения и осадков, температурой воды, особенностями поверхностных и глубинных течений, а следовательно, и миром живых организмов.

Под азональностью понимается распространение какого-то объекта или явления вне связи с зональными особенностями данной территории. Существуют две основные формы проявления азональности – секторность географических поясов и высотная поясность. Причина азональности – неоднородность земной поверхности: наличие материков и океанов, гор и равнин, своеобразие местных факторов: состава горных пород, рельефа, условий увлажнения и других особенностей.

Географическая зональность полнее всего выражена на самом крупном материке Земли – в Евразии – от арктического до экваториального пояса включительно. Наиболее ярко долготная дифференциация представлена в умеренном и субтропическом поясах Евразии, где отчетливо выражены все три сектора. В тропическом поясе выделяется два сектора. Слабо выражена секторность в экваториальном и приполярном поясах.

В низких широтах (примерно от 0° до 30°) фактором, лимитирующим произрастание растительности, является влага. Здесь наблюдаются следующие зоны: влажные экваториальные леса, тропические леса, листопадные леса, саванны, опустыненные саванны, тропические пустыни. В высоких широтах (примерно от 65° и выше) лимитирующим фактором является теплота - pppa.ru. Здесь сформировались лесотундры, тундры, арктические пустыни. Между высокими и низкими широтами в условиях субтропических и умеренных поясов наблюдаются разные сочетания тепла и влаги. Так, пустыни (субтропические и умеренного пояса) находятся в тех районах, где увлажнение недостаточное (к<1, r>1), а влажные субтропические, широколиственные, смешанные леса и тайга сформировались в районах с хорошим увлажнением (к и r близки к 1).

Следующее проявление азональности – высотная поясность – закономерная смена природных компонентов и природных комплексов с подъемом в горы от их подножья до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением температуры и до определенной высоты (до 2-3 км) увеличением осадков.

К азональным образованиям относят болота, поймы и террасы речных долин и ряд других природных комплексов.

Азональность – конкретная форма проявления зональности. Поэтому любой участок земной поверхности одновременно является зональным и азональным.

Интразональность - распространение каких-либо особенностей или компонентов природы (почв, растительности, ландшафтов) в виде отдельных участков, образующих закономерные вкрапления внутри одной или нескольких смежных географических зон. Интразональные явления несут отпечаток влияний природы окружающих их зон. И. - частный случай азональности.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ - закон, устанавливающий повторение на разных широтах географических зон, обладающих нек-рыми общими свойствами. Сформулирован А. А. Григорьевым и М. И. Будыко в 1956. П. з. г. з. развивает закон географической зональности В. В. Докучаева. Согласно П. з. г. з., в основе деления географической оболочки лежат: 1) количество поглощаемой солнечной энергии, возрастающее от полюсов к экватору и характеризуемое годовыми величинами радиационного баланса земной поверхности; 2) количество поступающей влаги, испытывающее ряд колебаний на фоне общего роста в том же направлении и характеризуемое годовыми суммами осадков; 3) соотношение тепла и влаги, точнее - отношение радиац. баланса к количеству тепла, необходимого для испарения годовой суммы осадков. Последняя величина, именуемая радиационным индексом сухости, колеблется от О до 5, трижды между полюсом и экватором проходя через значения, близкие к единице: в зонах лиственных лесов умеренного пояса, дождевых лесов субтрогического пояса и экваториальных лесов, переходящих в светлые тропические леса. Три периода радиац. индекса сухости имеют свои отличия. Вследствие возрастания в направлении экватора абс. величин радиац. баланса и осадков, каждое прохождение индекса сухости через единицу происходит при всё более высоком притоке тепла и влаги. Это приводит к увеличению от высоких широт к низким интенсивности природных процессов и особенно продуктивности органич. мира.

8. Основные характеристики Земли. Роль орбитального движения вокруг Солнца, суточного вращения и циклов солнечной активности в ритмике природных процессов и явлений.

Введение

1. Основные оболочки земли

3. Геотермический режим земли

Заключение

Список использованных источников

Введение

Геология - наука о строении и истории развития Земли. Основные объекты исследований - горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли, а также современные физические процессы и механизмы, действующие как на ее поверхности, так и в недрах, изучение которых позволяет понять, каким образом происходило развитие нашей планеты в прошлом.

Земля постоянно изменяется. Некоторые изменения происходят внезапно и весьма бурно (например, вулканические извержения, землетрясения или крупные наводнения), но чаще всего - медленно (за столетие сносится или накапливается слой осадков мощностью не более 30 см). Такие перемены не заметны на протяжении жизни одного человека, но накоплены некоторые сведения об изменениях за продолжительный срок, а при помощи регулярных точных измерений фиксируются даже незначительные движения земной коры.

История Земли началась одновременно с развитием Солнечной системы примерно 4,6 млрд. лет назад. Однако для геологической летописи характерны фрагментарность и неполнота, т.к. многие древние породы были разрушены или перекрыты более молодыми осадками. Пробелы должны восполняться посредством корреляции с событиями, происходившими в других местах и о которых имеется больше данных, а также методом аналогий и выдвижением гипотез. Относительный возраст пород определяется на основании комплексов содержащихся в них ископаемых остатков, а отложений, в которых такие остатки отсутствуют, - по взаимному расположению тех и других. Кроме того, абсолютный возраст почти всех пород может быть установлен геохимическими методами.

В настоящей работе рассмотрены основные оболочки земли, ее состав и физическое строение.

1. Основные оболочки земли

Земля имеет 6 оболочек: атмосферу, гидросферу, биосферу, литосферу, пиросферу и центросферу .

Атмосфера - внешняя газовая оболочка Земли. Ее нижняя граница проходит по литосфере и гидросфере, а верхняя - на высоте 1000 км. В атмосфере различают тропосферу (двигающийся слой), стратосферу (слой над тропосферой) и ионосферу (верхний слой).

Средняя высота тропосферы - 10 км. Ее масса составляет 75% всей массы атмосферы. Воздух тропосферы перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Над тропосферой на 80 км поднимается стратосфера. Ее воздух, перемещающийся лишь в горизонтальном направлении, образует слои.

Еще выше простирается ионосфера, получившая свое название в связи с тем, что ее воздух постоянно ионизируется под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей.

Гидросфера занимает 71% поверхности Земли. Ее средняя соленость составляет 35 г/л. Температура океанической поверхности - от 3 до 32°С, плотность - около 1. Солнечный свет проникает на глубину 200 м, а ультрафиолетовые лучи - на глубину до 800 м.

Биосфера, или сфера жизни, сливается с атмосферой, гидросферой и литосферой. Ее верхняя граница достигает верхних слоев тропосферы, нижняя - проходит по дну океанских впадин. Биосфера подразделяется на сферу растений (свыше 500 000 видов) и сферу животных (свыше 1 000 000 видов).

Литосфера - каменная оболочка Земли - толщиной от 40 до 100 км. Она включает материки, острова и дно океанов. Средняя высота материков над уровнем океана: Антарктиды - 2200 м, Азии - 960 м, Африки - 750 м, Северной Америки - 720 м, Южной Америки - 590 м, Европы - 340 м, Австралии - 340 м.

Под литосферой расположена пиросфера - огненная оболочка Земли. Ее температура повышается примерно на 1°С на каждые 33 м глубины. Породы на значительных глубинах вследствие высоких температур и большого давления, вероятно, находятся в расплавленном состоянии.

Центросфера, или ядро Земли, расположена на глубине 1800 км. По мнению большинства ученых, она состоит из железа и никеля. Давление здесь достигает 300000000000 Па (3000000 атмосфер), температура - нескольких тысяч градусов. В каком состоянии находится ядро, пока неизвестно.

Огненная сфера Земли продолжает охлаждаться. Твердая оболочкой утолщается, огненная - сгущается. В свое время это привело к формированию твердых каменных глыб - материков. Однако влияние огненной сферы на жизнь планеты Земля все еще очень велико. Неоднократно менялись очертания материков и океанов, климат, состав атмосферы.

Экзогенные и эндогенные процессы беспрерывно изменяют твердую поверхность нашей планеты, что, в свою очередь, активно влияет на биосферу Земли.

2. Состав и физическое строение земли

Геофизические данные и результаты изучения глубинных включений свидетельствуют о том, что наша планета состоит из нескольких оболочек с различными физическими свойствами, изменение которых отражает как смену химического состава вещества с глубиной, так и изменение его агрегатного состояния как функции давления.

Самая верхняя оболочка Земли - земная кора - под континентами имеет среднюю толщину около 40 км (25-70 км), а под океанами - всего 5-10 км (без слоя воды, составляющего в среднем 4,5 км). За нижнюю кромку земной коры принимается поверхность Мохоровичича - сейсмический раздел, на котором скачкообразно увеличивается скорость распространения продольных упругих волн с глубиной от 6,5-7,5 до 8-9 км/с, что соответствует увеличению плотности вещества от 2,8-3,0 до 3,3 г/см3 .

От поверхности Мохоровичича до глубины 2900 км простирается мантия Земли; верхняя наименее плотная зона толщиной 400 км выделяется как верхняя мантия. Интервал от 2900 до 5150 км занят внешним ядром, а от этого уровня до центра Земли, т.е. от 5150 до 6371 км, находится внутреннее ядро.

Земное ядро интересовало ученых с момента его открытия в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за относительно малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Новые исследования способны обеспечить более детальную картину центра нашей планеты. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее), переход между которыми лежит на глубине 5 156 км.

Железо - единственный элемент, который близко соответствует сейсмическим свойствам земного ядра и достаточно 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, подобно гигантскому генератору, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в непосредственном 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 Земли 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 .

Внешнее ядро также является металлическим (существенно железным), но в отличие от внутреннего ядра металл находится здесь в жидком состоянии и не пропускает поперечные упругие волны. Конвективные течения в металлическом внешнем ядре являются причиной формирования магнитного поля Земли.

Мантия Земли состоит из силикатов: соединений кремния и кислорода с Mg, Fe, Ca. В верхней мантии преобладают перидотиты - горные породы, состоящие преимущественно из двух минералов: оливина (Fe,Mg) 2SiO4 и пироксена (Ca, Na) (Fe,Mg,Al) (Si,Al) 2O6. Эти породы содержат относительно мало (< 45 мас. %) кремнезема (SiO2) и обогащены магнием и железом. Поэтому их называют ультраосновными и ультрамафическими. Выше поверхности Мохоровичича в пределах континентальной земной коры преобладают силикатные магматические породы основного и кислого составов. Основные породы содержат 45-53 мас. % SiO2. Кроме оливина и пироксена в состав основных пород входит Ca-Na полевой шпат - плагиоклаз CaAl2Si2O8 - NaAlSi3O8. Кислые магматические породы предельно обогащены кремнеземом, содержание которого возрастает до 65-75 мас. %. Они состоят из кварца SiO2, плагиоклаза и K-Na полевого шпата (K,Na) AlSi3O8. Наиболее распространенной интрузивной породой основного состава является габбро, а вулканической породой - базальт. Среди кислых интрузивных пород чаще всего встречается гранит, a вулканическим аналогом гранита является риолит .

Таким образом, верхняя мантия состоит из ультраосновных и ультрамафических пород, а земная кора образована главным образом основными и кислыми магматическими породами: габбро, гранитами и их вулканическими аналогами, которые по сравнению с перидотитами верхней мантии содержат меньше магния и железа и вместе с тем обогащены кремнеземом, алюминием и щелочными металлами.

Под континентами основные породы сосредоточены в нижней части коры, а кислые породы - в верхней ее части. Под океанами тонкая земная кора почти целиком состоит из габбро и базальтов. Твердо установлено, что основные породы, которые по разным оценкам составляют от 75 до 25% массы континентальной коры и почти всю океаническую кору, были выплавлены из верхней мантии в процессе магматической деятельности. Кислые породы обычно рассматривают как продукт повторного частичного плавления основных пород в пределах континентальной земной коры. Перидотиты из самой верхней части мантии обеднены легкоплавкими компонентами, перемещенными в ходе магматических процессов в земную кору. Особенно "истощена" верхняя мантия под континентами, где возникла наиболее толстая земная кора.

земля оболочка атмосфера биосфера

3. Геотермический режим земли

Геотермический режим мёрзлых толщ - определяется условиями теплообмена на границах мёрзлого массива. Основные формы геотермического режима - периодические колебания температуры (годовые, многолетние, вековые и т.д.), характер которых обусловлен изменением температур на поверхности и потоком тепла из недр Земли. При распространении температурных колебаний от поверхности вглубь пород их период остаётся неизменным, а амплитуда экспоненциально убывает с глубиной. Пропорционально возрастанию глубины экстремальные температуры запаздывают на отрезок времени, называемый сдвигом фаз. При равных амплитудах колебаний температур отношение глубин их затухания пропорционально корню квадратному из отношений периодов .

Специфика геотермического режима мёрзлых толщ определяется наличием фазовых переходов "вода-лёд", сопровождаемых выделением или поглощением тепла и изменением теплофизических свойств пород. Затраты тепла на фазовые переходы замедляют продвижение изотермы 0°С, обуславливают тепловую инерцию мёрзлых толщ. В верхней части разреза мёрзлой толщи выделяется слой годовых колебаний температур. В подошве этого слоя температура соответствует среднегодовой температуре за многолетний (5-10 лет) период. Мощность слоя годовых колебаний температур изменяется в среднем от 3-5 до 20-25 м в зависимости от среднегодовой температуры и теплофизических свойств пород.

Температурное поле пород ниже слоя годовых колебаний формируется под воздействием теплового потока из недр Земли и температурных колебаний на поверхности с периодом более 1 года. Влияние на него оказывают геологическое строение, теплофизические характеристики пород и перенос тепла подземными водами, контактирующими с многолетнемёрзлыми толщами.

При деградации многолетнемёрзлых пород наиболее низкая температура отмечается глубже подошвы слоя годовых колебаний, это вызвано повышением среднегодовой температуры. При аградационном развитии температурное поле отражает охлаждение мёрзлой толщи с поверхности, что выражается в увеличении температурного градиента.

Динамика нижней границы мёрзлой толщи зависит от соотношения тепловых потоков в мёрзлой и талой зоне. Их неравенство обусловлено длиннопериодными колебаниями температур на поверхности, которые проникают на глубину, превышающую мощность мёрзлой толщи. От особенностей геотермического режима и его изменений под воздействием горных выработок и других инженерных сооружений существенно зависят инженерно-геологические и гидрогеологические условия разработки месторождений. Изучение геотермического режима и прогноз его изменения проводится в ходе геокриологической съёмки.

Заключение

Индивидуальное лицо планеты, подобно облику живого существа, во многом определяется внутренними факторами, возникающими в ее глубоких недрах. Изучать эти недра очень трудно, так как материалы, из которых состоит Земля, непрозрачны и плотны, поэтому объем прямых данных о веществе глубинных зон весьма ограничен.

Существует много остроумных и интересных методов изучения нашей планеты, но основная информация о ее внутреннем строении получена в результате исследований сейсмических волн, возникающих при землетрясениях и мощных взрывах. Каждый час в различных точках Земли регистрируется около 10 колебаний земной поверхности. При этом возникают сейсмические волны двух типов: продольные и поперечные. В твердом веществе могут распространяться оба типа волн, а вот в жидкостях - только продольные.

Смещения земной поверхности регистрируются сейсмографами, установленными по всему земному шару. Наблюдения скорости, с которой волны проходят сквозь Землю, позволяют геофизикам определить плотность и твердость пород на глубинах, недоступных прямым исследованиям. Сопоставление плотностей, известных по сейсмическим данным и полученным в ходе лабораторных экспериментов с горными породами (где моделируются температура и давление, соответствующие определенной глубине Земли), позволяет сделать вывод о вещественном составе земных недр. Новейшие данные геофизики и эксперименты, связанные с исследованием структурных превращений минералов, позволили смоделировать многие особенности строения, состава и процессов, происходящих в глубинах Земли.

1. Аруцев, А.А. Концепция современного естествознания. / А.А. Аруцев, Б.В. Ермолаев. - М., 1999. - 254 с.

2. Ершов, В.В. Геология. / В.В. Ершов. - М.: Недра, 1999. - 380 с.

3. Короновский, Н.В. Основы геологии. / Н.В. Короновский. - М., 1996. - 460 с.

4. Петросова, Р.А. Основы геологии. / Р.А. Петросова, В.П. Голов. - М., 2007. - 305 с.

5. Рапацкая, Л.А. Общая геология. / Л.А. Рапацкая. - М.: Высшая школа, 2004. - 357 с.

Аруцев А.А. Концепция современного естествознания. – М., 1999. – С. 42.

Рапацкая Л.А. Общая геология.– М.: Высшая школа, 2004. – С. 96.

Аруцев А.А. Концепция современного естествознания. – М., 1999. – С. 46.

Ершов В.В. Геология. – М.: Недра, 1999. – С. 153.

Петросова Р.А. Основы геологии. – М., 2007. – С. 56.