Строение Земли

С момента возникновения Земли её строение и атмосфера постепенно менялись, или эволюционировали. Древнейшие породы дают геологам (специалистам, изучающим структуру земных недр и их формирование) ценнейшую информацию об изменениях поверхности и строения Земли.

Установлено, что масса Земли равна 5,98*1027 г, объем — 1,083*1027 см3, средний радиус — 6371 км, средняя плотность — 5,52 г/см3, среднее ускорение силы тяжести на земной поверхности достигает 981 Гал. Среднее расстояние от Солнца составляет приблизительно 150 млн. км. Скорость движения Земли по орбите равна 29,77 км/с. Полный оборот Земля совершает за 365,26 сут. Период вращения Земли вокруг своей оси равен 23 ч 56 мин. В результате этого вращения возникли небольшое экваториальное вздутие и полярное сжатие. Поэтому диаметр Земли в экваториальном сечении на 21,38 км длиннее диаметра, соединяющего полюса вращения (полярный радиус равен 6356,78 км, а экваториальный — 6378,16 км).

Фигура Земли описывается геоидом, который вне континентов совпадает с невозмущенной поверхностью Мирового океана.

Земля обладает собственным магнитным полем, которое идентично полю, создаваемому магнитным диполем.

Геофизическими исследованиями установлено, что Земля состоит из ядра, мантии и земной коры.

Земное ядро состоит из двух слоев — внешнего (жидкого) ядра и внутреннего (твердого). Радиус внутреннего твердого ядра (слой «О») примерно равен 1200-1250 км, толщина переходного слоя «Р» между внутренним и внешним ядрами приблизительно равна 140-150 км, а толщина внешнего жидкого ядра, которое начинается с глубины 2870-2920 км, равна примерно 3000 км. Плотность вещества во внешнем ядре монотонно меняется от 9,5-10,1 г/см3 на его поверхности до 11,4-12,3 г/см3 на подошве.

Во внутреннем ядре плотность вещества возрастает и в его центре достигает 13-14 г/см3. Масса земного ядра составляет 32% всей массы Земли, а его объем — около 16% объема всей Земли. Земное ядро примерно на 90% состоит из железа с добавками кислорода, серы, углерода, водорода и, возможно, кремнезема; внутреннее — из железо-никелевого сплава метеоритного состава.

Мантия — силикатная оболочка Земли, расположенная между подошвой земной коры и поверхностью ядра и составляющая 67,8% общей массы Земли.

По сейсмическим данным мантию делят на верхнюю (слой «В» до глубины 400 км), переходной слой Голицына (слой «С» от глубины 400 до 1000 км) и нижнюю (слой «Б» с подошвой примерно на глубине 2900 км). Под океанами в верхней мантии выделяют также слой с пониженной скоростью распространения сейсмических волн — волновод Гутенберга, обычно отождествляемый с астеносферой Земли. Считается, что мантийное вещество в этом слое находится частично в расплавленном состоянии. Под континентами ярко выраженная область пониженных скоростей в мантии, как правило, не прослеживается.

Важную границу раздела в верхней мантии представляет собой подошва литосферы — поверхность перехода от охлажденных пород литосферы к частично расплавленному мантийному веществу, перешедшему в пластическое состояние и составляющему астеносферу.

Существующее мнение о составе мантии основано на скоростях прохождения сейсмических волн, сходных с прохождением упругих волн в основных и ультраосновных породах, которые распространены в определенных областях земной коры. Предполагается, что эти породы в приповерхностные слои Земли попали из мантии.

Представления о химическом составе глубоких недр Земли основаны на сравнительном анализе метеоритов и сжимаемости силикатов, металлов и их оксидов при высоких температурах и давлениях. Согласно этим данным, мантия имеет ультраосновной состав и ее слагает гипотетическая порода — пиролит, представляющая собой смесь перидотита (75%), толеитового базальта или лерцолита (25%). Содержание радиоактивных элементов в мантии довольно низкое — около 10-8% U, 10-7% Th и 10-6% К.

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.

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: океанский (базальтовый) и континентальный (гранито-гнейсовый) с прерывистым осадочным слоем. Океанская кора по своему составу примитивна и представляет верхний слой дифференцированной мантии, сверху перекрытый тонким слоем пелагических осадков. В составе океанской коры выделяют три слоя.

Самый верхний слой — осадочный — представлен карбонатными осадками, отложившимися на небольших глубинах до уровня карбонатной компенсации (4—5,5 км). На больших глубинах отлагаются бескарбонатные 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, представляющие собой верхнюю часть третьего слоя, нижняя часть которого прослеживается на некотором удалении от осевой части срединно-океанских хребтов и слагается серпентинитами. 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/см3. Исходя из этого общая масса океанской коры составляет 6,*1024 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. Согласно сделанным расчетам, ежегодно из астеносферы поднимается и изливается на океанском дне не менее 12 км3 базальтовых расплавов, благодаря которым формируется весь второй слой и часть третьего слоя океанской коры.

Континентальная кора резко отличается от океанской. Ее мощность меняется от 20—25 км под островными дугами до 80 км под молодыми складчатыми поясами Земли: Альпийско-Гималайским и Андийским.

В континентальной коре выделяют три слоя: верхний — осадочный и два нижних, сложенных кристаллическими породами. Мощность верхнего осадочного слоя меняется в широких пределах: от практического 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 пород гранитоидного ряда. 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.

Под «гранитным» слоем располагается «базальтовый» слой, сходный по составу с породами океанской коры. Как континентальная, так и океанская кора подстилаются породами верхней мантии, от которой они отделяются границей Мохоровичича.

Земная кора состоит из силикатов и алюмосиликатов. В ней преобладают кислород (43,13%), кремний (26%) и алюминий (7,45%), представленные главным образом в форме оксидов, силикатов и алюмосиликатов.

Неравномерный характер строения верхних частей Земли охватывает не только собственно ее кору, но и верхнюю мантию и, возможно, простирается до глубин 700 км. В связи с этим следует подчеркнуть, что любая теория происхождения Земли должна объяснить указанный выше асимметричный характер верхних частой твердого тела Земли. Неравномерный характер строения и, вероятно, состава верхних горизонтов земного шара (до глубин 400—500 км) не мог возникнуть в предполагаемую в прошлом эпоху всеобщего расплавленного состояния Земли. В этом случае при любом способе дифференциации мы бы встречали однородные по составу и мощности оболочки. В действительности наблюдается определенная неоднородность.

Литосферой называют каменную оболочку Земли, все компоненты которой находятся в твердом кристаллическом состоянии. Она включает земную кору, подкоровую верхнюю мантию и подстилается астеносферой. В последней вещество находится в пластичном состоянии и вследствие высоких температур частично расплавлено. Ее вещество в отличие от литосферы не обладает пределом прочности и может деформироваться под действием даже очень малых избыточных давлений.

Предполагают, что литосферные плиты образуются за счет остывания и полной кристаллизации частично расплавленного вещества астеносферы. Нижняя граница литосферы совпадает с изотермой постоянной температуры, соответствующей началу плавления перидотита и равной приблизительно 1300°С. Переменная мощность литосферы объясняется вариацией геотермического режима литосферы и мантии в различных участках земного шара.

В связи с пластичностью астеносфера слабо сопротивляется сдвиговым напряжениям и допускает движения литосферных плит относительно нижней мантии. Подошва астеносферы находится на глубине 640 км и совпадает с местоположением очагов глубокофокусных землетрясений.

В океанах толщина литосферы варьирует от нескольких километров под рифтовыми долинами срединно-океанских хребтов до 100 км на периферии океанов. Под древними щитами толщина литосферы достигает 300 — 350 км. Наиболее резкие изменения в толщине литосферы наблюдаются вблизи осевой части срединно-океанских хребтов и у границ континент — океан, где соприкасается континентальная и океанская кора литосферы.

строение планеты земля в разрезеВ земных недрах

В недрах Земли – несколько типов горных пород. Метод, с помощью которого ученые их исследуют, напоминает изучение ударных волн во время землетрясений. Внутреннее ядро Земли – твердое. Оно состоит из железа и никеля. Его температура достигает 5000 градусов Цельсия. Внешнее ядро состоит из расплавленных металлов. При вращении Земли это ядро очень медленно вращается вместе с ней, создавая особое магнитное поле. Мантия – это слой земных пород, расположенный между ядром и корой. В некоторых зонах мантия имеет столь высокую температуру, что твердые породы, составляющие её, начинают плавиться, образуя так называемую магму.

Континентальные плиты

Земная кора состоит из нескольких огромных частей, или плит, очень медленно движущихся относительно друг друга. Если они расходятся, на поверхность выходит магма и, остывая, образует новые породы. Когда они сжимаются, то либо сталкиваются, либо наползают друг на друга. Плиты могут двигаться и одна по другой.

Планета Земля ПангеяДвижение континентов

Взглянув на карту Земли, вы можете заметить, что очертания континентов совпадают друг с другом, словно фрагменты составной шарады-загадки. Некоторые ученные полагают, что все континенты некогда (около 200 миллионов лет назад) представляли собой единое целое, образуя единый суперконтинент – Пангею. Считается, что затем материковые плиты начали расползаться, это и привело к появлению материков (см. статью «Движение материков«). Свидетельство существования Пангеи являются ископаемые окаменелости – остатки древнейших растений и животных, дошедших до нас в горных породах (см. статью «Древнейшие формы жизни«). Окаменелости одних и тех же животных были найдены на разных континентах, удаленных друг от друга на многие тысячи километров. Например, окаменелые останки листозавра, древней растительноядной рептилии, были обнаружены в Южной Африке, Азии и Антарктиде. Это доказывает, что все континенты представляли собой в древности единое целое. Некоторые ученые не признают существование Пангеи. Они утверждают, что животные могли перебираться с материка на материк по узким полоскам суши, некогда соединявшим континенты. Другие полагают, что эти животные могли попасть на стволах гигантских древних деревьев.

Поиски окаменелостей

Окаменелости часто встречаются в таких породах, как известняки и сланцы. Их можно также найти на разрезах горных пород, обнаженных при строительстве дорог. Начиная раскопки, всегда заручитесь разрешением на их проведение. Окаменелости можно отыскать в грудах камней у подножия гор. Разная окраска и типы горных пород указывает на то, что здесь можно встретить окаменелости. Чтобы извлечь их из пород, вам потребуется молоток и зубило. Записи о своих находках вы можете заносить в особый журнал.

Строение Земли постоянно меняется. Более 4,6 миллиардов лет тому назад поверхность Земли была покрыта огнедышащими вулканами, из кратеров которых извергались газы, потоки расплавленных пород и водяной пар. После их остывания началось формирование земной коры. Пар конденсировался и выпадал на землю в виде ливневых дождей, которые постепенно заполняли пространство будущих морей.

На протяжении многих миллионов лет Земля прошла через разные этапы своего развития. На дне высохших морей иногда находят окаменелые остатки простейших древних организмов. Первыми на суше появились растения. Позднее из приморских болот и мелководных морей на сушу стали выбираться первые животные. У них развились особые органы – лимбы, позволяющие дышать воздухом.

Постоянно меняющаяся планета

Около 65 миллионов лет назад случилось нечто, повлекшее за собой гибель 75% видов животных, обитавших тогда на Земле, в том числе и динозавров. Как свидетельствуют окаменелости, это произошло за сравнительно короткий период. Динозавры жили на Земле примерно 140 миллионов лет назад. Существует немало теорий, объясняющих причины их вымирание. Может быть болота и озера, в которых жило большинство динозавров, начали активно высыхать. Возможно, эти древние гиганты не сумели приспособиться к изменениям температуры на Земле. Или основная масса растений, которыми питались растительноядные динозавры, погибла в результате изменений климата, что повлекло за собой вымирание сначала растительноядных, а затем хищных динозавров. Одна из теорий объясняет это вымирание столкновением Земли с громадным астероидом, после чего над поверхностью планеты поднялись огромные плотные тучи пыли, на долгие годы закрывшие солнечный свет.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.