Из чего состоит Земля: внутреннее и внешнее строение. Вулканы и землетрясения

Астрономы изучают космос, получают инфор-мацию о планетах и звездах несмотря на их огром-ную удалённость. При этом на самой Земле не меньше тайн, чем во Вселенной. И сегодня учёные не знают, что внутри нашей планеты. Наблюдая, как выливается лава при извержении вулкана, можно подумать, что внутри Земля тоже расплав-ленная. Но это не так.

Ядро. Центральная часть земного шара называ-ется ядром (рис. 83). Его радиус составляет около 3 500 км. Учёные полагают, что внешняя часть ядра находится в расплавленно-жидком состоя-нии, а внутренняя — в твёрдом. Температура в нём достигает +5 000 °С. От ядра к поверхности Земли температура и давление постепенно снижаются.

Мантия. Ядро Земли покрыто мантией. Её толща составляет приблизительно 2 900 км. Мантию, как и ядро, никто никогда не видел. Но предполага-ют, что чем ближе к центру Земли, тем давление в ней выше, а температура — от нескольких сотен до -2 500 °С. Считают, что мантия твёрдая, но одно-временно раскалённая.

Земная кора. Поверх мантии наша планета покрыта корой. Это верхний твёрдый слой Зем-ли. По сравнению с ядром и мантией земная кора очень тонкая. Её толща составляет лишь 10-70 км. Но это та земная твердь, по которой мы ходим, те-кут реки, на ней построены города.

Земная кора образована различными вещества-ми. Она состоит из минералов и горных пород. Не-которые из них вам уже известны (гранит, песок, глина, торф и др.). Минералы и горные породы раз-личаются по цвету, твёрдости, строению, темпе-ратуре плавления, растворимости в воде и другим свойствам. Многие из них человек широко исполь-зует, например как топливо, в строительстве, для получения металлов. Материал с сайта

Гранит

Песок

Торф

Верхний слой земной коры видно в отложениях на склонах гор, крутых берегах рек, карьерах (рис. 84). А заглянуть в глубь коры помогают шахты и буровые скважины, которые используют для добычи полез-ных ископаемых, например, нефти и газа.

Состав глубинных оболочек Земли продолжает оставаться одним из самых интригующих вопросов современной науки, и тем не менее еще в начале ХХ века сейсмологами Бено Гутенбергом и Г. Джеферсоном была разработана модель внутреннего устройства нашей планеты, согласно которой Земля состоит из следующих слоев:

Ядро;
- мантия;
- земная кора.

Современный взгляд на внутреннее устройство планеты

В середине прошлого века на основании последних на то время сейсмологических данных ученые пришли к выводу, что глубинные оболочки имеют более сложное устройство. Тогда же сейсмологи выяснили, что земное ядро разделяется на внутреннее и внешнее, а мантия состоит из двух слоев: верхнего и нижнего.

Внешняя оболочка земли

Земная кора - это не только самый верхний, самый тонкий, но и самый хорошо изученный из всех слоев Его толщина (мощность) достигает максимальной отметки под горами (порядка 70 км) и минимальной - под водами мирового океана (5-10 км), средняя мощность земной коры под равнинами колеблется от 35 до 40 км. Переход от земной коры к мантии называют границей Мохоровича или Мохо.

Стоит также отметить, что земная кора совместно с верхней частью мантии образуют каменную оболочку Земли - литосферу, толщина которой колеблется от 50 до 200 км.

Следом за литосферой располагается астеносфера - размягченный жидкий слой с повышенной вязкостью. В дополнение ко всему, именно эту составляющую земной поверхности называют источником вулканизма, так как в ней располагаются очаги магмы, изливающейся в земную кору и на поверхность.

В науке принято выделять несколько видов земной коры

Материковая или континентальная распространяется в пределах границ материков и шельфов, состоит из базальтового, гранитно-гейсового и осадочного слоев. Переход гранитно-гейсового слоя в базальтовый называют границей Конрада.

Океаническая также состоит из трех частей: тяжелого базальтового, пласта базальтовых лав и плотных осадочных пород и слоя рыхлых осадочных пород.

Субматериковая кора - переходный тип, располагается на периферии внутренних и а также под островными дугами.

Субокеаническая кора сходна по своему строению с океанической, особенно хорошо развита на территории глубоководных частей морей и на больших глубинах океанических желобов.

Серединная геосфера

Мантия составляет порядка 83% от всего объема планеты, со всех сторон окружающая земное ядро.В свою очередь, разделяется на два слоя: твердый (кристаллический) и мягкий (магма).

Глубинный слой планеты Земля

Является самым малоизученным Достоверных сведений о нем очень мало, с полной уверенностью можно сказать лишь то, что его диаметр составляет около 7 тысяч километров. Считается, что в состав земного ядра входит сплав никеля и железа. Стоит также отметить, что внешнее ядро планеты имеет большую толщину и находится в жидком в то время как внутреннее - меньше по толщине и тверже по консистенции. От мантии земное ядро отделяет так называемая граница Гуттенберга.

Земля на ранних этапах формирования представляла собой холодное космическое тело, содержащее все известные в природе химические элементы. Атмосферы и гидросферы тогда не существовало, поверхность планеты была совершенно безжизненна. Но постепенно за счет гравитационных сил, энергии распада радиоактивных элементов и лунных приливов недра Земли стали разогреваться. Когда температура недр достигла уровня плавления окислов железа и других соединений, начались активные процессы формирования ядра и основных оболочек планеты.

Общим процессом формирования оболочек Земли, согласно гипотезе академика А.П. Виноградова, послужило зонное плавление в мантии, располагающейся вокруг ядра. При этом тугоплавкие и тяжелые элементы погружались вниз, образуя и наращивая ядро, а легкоплавкие и легкие по массе элементы поднимались вверх, образуя земную кору и литосферу.

Таким образом, Земля, как и другие планеты, имеет оболочечное строение. Установить внутреннее строение Земли удалось сейсмическим методом исследования (от греч. трясение, колебание). При прохождении сквозь тело Земли сейсмических волн (продольных и поперечных) скорости их на некоторых глубинных уровнях заметно меняются (причем скачкообразно), что свидетельствует об изменении свойств проходимой волнами среды. Современные представления о распределении плотности и давления внутри Земли даны в таблице.

Таблица 3.1

Изменение плотности и давления с глубиной внутри Земли

Глубина, км	Плотность, г/см 3	Давление, млн. атм

Из таблицы видно, что в центре Земли плотность достигает 17,2 г/см 3 и что она особенно резким скачком (от 5,7 к 9,4) меняется на глубине 2900 км, а затем на глубине 5 тыс. км. Первый скачок позволяет выделить плотное ядро, а второй – подразделить это ядро на внешнюю (2900-5000 км) и внутреннюю (от 5 тыс. км до центра) части.

Таблица 3.2

Зависимость скорости продольных и поперечных волн от глубины

Глубина, км	Скорость продольных волн, км/сек	Скорость поперечных волн, км/сек

60 (сверху)

2900 (сверху)
2900 (снизу)
5100 (сверху)
5100 (снизу)

Как видно из таблицы 3.2, имеется в сущности два резких перелома скоростей: на глубине 60 км и на глубине 2900 км. Иными словами отчетливо обособляются земная кора и внутреннее ядро. В промежуточном между ними поясе, а также внутри ядра налицо лишь изменение темпа увеличения скоростей. Видно также, что Земля до глубины 2900 км находится в твердом состоянии, т.к. через эту толщу свободно проходят поперечные упругие волны (волны сдвига), которые только и могут возникать и распространятся в твердой среде. Прохождение поперечных волн сквозь ядро не наблюдалось и это давало основания считать его жидким. Однако новейшие расчеты показывают, что модуль сдвига в ядре невелик, но все же не равен нулю (как это характерно для жидкости) и, стало быть, ядро Земли ближе к твердому, чем жидкому состоянию. Разумеется, в данном случае понятия «твердого» и «жидкого» нельзя отождествлять с аналогичными понятиями, применяемыми к агрегатным состояниям вещества наземной поверхности: внутри Земли господствуют высокие температуры и огромные давления.

Таким образом, во внутреннем строении Земли выделяют земную кору, мантию и ядро.

Земная кора – первая оболочка твердого тела Земли, имеет мощность 30-40 км. По объему она составляет 1,2% объема Земли, по массе – 0,4%, средняя плотность равна 2,7 г/см 3 . Состоит преимущественно из гранитов; осадочные породы в ней имеют подчиненное значение. Гранитная оболочка, в составе которой огромную роль играют кремний и алюминий, называется «сиалической» («сиаль»). От мантии земная кора отделена сейсмическим разделом, названным границей Мохо , по фамилии сербского геофизика А. Мохоровичича (1857-1936), открывшего этот «сейсмический раздел». Эта граница четкая и наблюдается во всех местах Земли на глубинах от 5 до 90 км. Раздел Мохо не является просто границей между породами различного типа, а представляет собой плоскость фазового перехода между эклогитами и габбро мантии и базальтами земной коры. При переходе из мантии в кору давление так падает, что габбро переходят в базальты (кремний, алюминий + магний – «сима» - силиций+магний). Переход сопровождается увеличением объема на 15% и, соответственно, уменьшением плотности. Поверхность Мохо считают нижней границей земной коры. Важная особенность этой поверхности состоит в том, что она в общих чертах представляет собой как бы зеркальное отражение рельефа земной поверхности: под океанами она выше, под континентальными равнинами ниже, под наиболее высокими горами опускается ниже всего (это так называемые корни гор).

Выделяют четыре типа земной коры, они соответствуют четырем наиболее крупным формам поверхности Земли. Первый тип называется материковым, его мощность 30-40 км, под молодыми горами она увеличивается до 80 км. Этот тип земной коры соответствует в рельефе материковым выступам (включается подводная окраина материка). Наиболее распространено деление ее на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Осадочный слой , толщиной до 15-20 км, сложен слоистыми осадками (преобладают глины и глинистые сланцы, широко представлены песчаные, карбонатные и вулканогенные породы). Гранитный слой (мощность 10-15 км) состоит из метаморфических и изверженных кислых пород с содержанием кремнезема свыше 65 %, близких по своим свойствам к граниту; наиболее распространены гнейсы, гранодиориты и диориты, граниты, кристаллические сланцы). Нижний слой, наиболее плотный, толщиной 15-35 км, получил название базальтового за сходство с базальтами. Средняя плотность материковой коры 2,7 г/см 3 . Между гранитным и базальтовым слоями лежит граница Конрада, названная по фамилии открывшего ее австрийского геофизика. Название слоев – гранитный и базальтовый – условны, они даны по скоростям прохождения сейсмических волн. Современное название слоев несколько иное (Е.В. Хаин, М.Г. Ломизе): второй слой называется гранитно-метаморфическим, т.к. собственно гранитов в нем почти нет, сложен он гнейсами и кристаллическими сланцами. Третий слой – гранулитобазитовый, его образуют сильнометаморфизованные горные породы.

Второй тип земной коры – переходный, или геосинклинальный – соответствует переходным зонам (геосинклиналям). Расположены переходные зоны у восточных берегов материка Евразии, у восточных и западных берегов Северной и Южной Америки. Имеют следующее классическое строение: котловина окраинного моря, островные дуги и глубоководный желоб. Под котловинами морей и глубоководными желобами нет гранитного слоя, земная кора состоит из осадочного слоя повышенной мощности и базальтового. Гранитный слой появляется только в островных дугах. Средняя мощность геосинклинального типа земной коры 15-30 км.

Третий тип – океаническая земная кора, соответствует ложу океана, мощность коры 5-10 км. Имеет двухслойное строение: первый слой – осадочный, образован глинисто-кремнисто-карбонатными породами; второй слой состоит из полнокристаллических магматических пород основного состава (габбро). Между осадочным и базальтовым слоями выделяется промежуточный слой, состоящий из базальтовых лав с прослоями осадочных пород. Поэтому иногда говорят о трехслойном строении океанической коры.

Четвертый тип – рифтогенная земная кора, она характерна для срединно-океанических хребтов, ее мощность 1,5-2 км. В срединно-океанических хребтах близко к поверхности подходят породы мантии. Мощность осадочного слоя 1-2 км, базальтовый слой в рифтовых долинах выклинивается.

Существуют понятия «земная кора» и «литосфера». Литосфера – каменная оболочка Земли, образованная земной корой и частью верхней мантии. Мощность ее составляет 150-200 км, ограничена астеносферой. Только верхняя часть литосферы называется земной корой.

Мантия по объему составляет 83% объема Земли и 68% ее массы. Плотность вещества возрастает до 5,7 г/см 3 . На границе с ядром температура увеличивается до 3800 0 С, давление – до 1,4 х 10 11 Па. Выделяют верхнюю мантию до глубины 900 км и нижнюю – до 2900 км. В верхней мантии на глубине 150-200 км присутствует астеносферный слой. Астеносфера (греч. asthenes – слабый) – слой пониженной твердости и прочности в верхней мантии Земли. Астеносфера – основной источник магмы, в ней располагаются очаги питания вулканов и происходит перемещение литосферных плит.

Ядро занимает 16% объема и 31% массы планеты. Температура в нем достигает 5000 0 С, давление – 37 х 10 11 Па, плотность – 16 г/см 3 . Ядро делится на внешнее (до глубины 5100 км) и внутреннее. Внешнее ядро – расплавленное, состоит из железа или металлизованных силикатов, внутреннее – твердое, железоникелевое.

От плотности вещества зависит масса небесного тела, масса определяет размеры Земли и силу тяжести. Наша планета имеет достаточные размеры и силу тяжести, она удержала гидросферу и атмосферу. В ядре Земли происходит металлизация вещества, обусловливая образование электрических токов и магнитосферы.

Оболочечное строение Земли. Физическое состояние (плотность, давление, температура), химический состав, движение сейсмических волн во внутренних частях Земли. Земной магнетизм. Источники внутренней энергии планеты. Возраст Земли. Геохронология.

Земля, как и другие планеты, имеет оболочечное строение. При прохождении сквозь тело Земли сейсмических волн (продольных и поперечных) скорости их на некоторых глубинных уровнях заметно меняются (причем скачкообразно), что свидетельствует об изменении свойств проходимой волнами среды. Современные представления о распределении плотности и давления внутри Земли даны в таблице.

Изменение плотности и давления с глубиной внутри Земли

(С.В Калесник, 1955)

Глубина, км	Плотность, г/см 3	Давление, млн. атм

Зависимость скорости продольных и поперечных волн от глубины

Глубина, км	Скорость продольных волн, км/сек	Скорость поперечных волн, км/сек

60 (сверху)
60 (снизу)
2900 (сверху)
2900 (снизу)
5100 (сверху)
5100 (снизу)

Таким образом, имеется в сущности два резких перелома скоростей: на глубине 60 км и на глубине 2900 км. Иными словами отчетливо обособляются земная кора и внутреннее ядро. В промежуточном между ними поясе, а также внутри ядра налицо лишь изменение темпа увеличения скоростей. Видно также, что Земля до глубины 2900 км находится в твердом состоянии, т.к. через эту толщу свободно проходят поперечные упругие волны (волны сдвига), которые только и могут возникать и распространятся в твердой среде. Прохождение поперечных волн сквозь ядро не наблюдалось и это давало основания считать его жидким. Однако новейшие расчеты показывают, что модуль сдвига в ядре невелик, но все же не равен нулю (как это характерно для жидкости) и, стало быть, ядро Земли ближе к твердому, чем жидкому состоянию. Разумеется, в данном случае понятия «твердого» и «жидкого» нельзя отождествлять с аналогичными понятиями, применяемыми к агрегатным состояниям вещества наземной поверхности: внутри Земли господствуют высокие температуры и огромные давления.

Таким образом, во внутреннем строении Земли выделяют земную кору, мантию и ядро.

Земная кора – первая оболочка твердого тела Земли, имеет мощность 30-40 км. По объему она составляет 1,2% объема Земли, по массе – 0,4%, средняя плотность равна 2,7 г/см 3 . Состоит преимущественно из гранитов; осадочные породы в ней имеют подчиненное значение. Гранитная оболочка, в составе которой огромную роль играют кремний и алюминий, называется «сиалической» («сиаль»). От мантии земная кора отделена сейсмическим разделом, названнымграницей Мохо , от фамилии сербского геофизика А. Мохоровичича (1857-1936), открывшего этот «сейсмический раздел». Эта граница четкая и наблюдается во всех местах Земли на глубинах от 5 до 90 км. Раздел Мохо не является просто границей между породами различного типа, а представляет собой плоскость фазового перехода между эклогитами и габбро мантии и базальтами земной коры. При переходе из мантии в кору давление так падает, что габбро переходят в базальты (кремний, алюминий + магний – «сима» - силиций+магний). Переход сопровождается увеличением объема на 15% и, соответственно, уменьшением плотности. Поверхность Мохо считают нижней границей земной коры. Важная особенность этой поверхности состоит в том, что она в общих чертах представляет собой как бы зеркальное отражение рельефа земной поверхности: под океанами она выше, под континентальными равнинами ниже, под наиболее высокими горами опускается ниже всего (это так называемые корни гор).

Существуют понятия «земная кора» и «литосфера». Литосфера – каменная оболочка Земли, образованная земной корой и частью верхней мантии. Мощность ее составляет 150-200 км, ограничена астеносферой. Только верхняя часть литосферы называется земной корой.

Ядро занимает 16% объема и 31% массы планеты. Температура в нем достигает 5000 0 С, давление – 37 х 10 11 Па, плотность – 16 г/см 3 . Ядро делится на внешнее, до глубины 5100 км, и внутреннее. Внешнее ядро – расплавленное, состоит из железа или металлизованных силикатов, внутреннее – твердое, железоникелевое.

Вокруг Земли существуют разнообразные поля, наиболее существенное влияние на ГО оказывают гравитационное и магнитное.

Гравитационное поле на Земле – это поле силы тяжести. Сила тяжести – равнодействующая сила между силой притяжения и центробежной силой, возникающей при вращении Земли. Центробежная сила достигает максимума на экваторе, но и здесь она мала и составляет 1/288 от силы тяжести. Сила тяжести на земле в основном зависит от силы притяжения, на которую оказывает влияние распределение масс внутри Земли и на поверхности. Сила тяжести действует повсеместно на земле и направлена по отвесу к поверхности геоида. Напряженность гравитационного поля равномерно уменьшается от полюсов к экватору (на экваторе больше центробежная сила), от поверхности вверх (на высоте 36 000 км равна нулю) и от поверхности вниз (в центре Земли сила тяжести равна нулю).

Нормальным гравитационным полем Земли называется такое, которое было бы у Земли, если бы она имела форму эллипсоида с равномерным распределением масс. Напряженность реального поля в конкретной точке отличается от нормального, возникает аномалия гравитационного поля. Аномалии могут быть положительными и отрицательными: горные хребты создают дополнительную массу и должны бы вызвать положительные аномалии, океанические впадины, наоборот – отрицательные. Но на самом деле земная кора находится в изостатическом равновесии.

Изостазия (от греч. isostasios – равный по весу) – уравновешивание твердой, относительно легкой земной коры более тяжелой верхней мантией. Теория равновесия была выдвинута в 1855 г. английским ученым Г.Б. Эйри. Благодаря изостазии избытку масс выше теоретического уровня равновесия соответствует недостаток их внизу. Это выражается в том, что на определенной глубине (100-150 км) в слое астеносферы вещество перетекает в те места, где имеется недостаток масс на поверхности. Только под молодыми горами, где еще полностью компенсация не произошла, наблюдаются слабые положительные аномалии. Однако равновесие непрерывно нарушается: в океанах происходит отложение наносов, под их тяжестью дно океанов прогибается. С другой стороны, горы разрушаются, высота их уменьшается, значит уменьшается и масса.

Сила тяжести создает фигуру Земли, она является одной из ведущих эндогенных сил. Благодаря ей выпадают атмосферные осадки, текут реки, формируются горизонты подземных вод, наблюдаются склоновые процессы. Силой тяжести объясняется максимальная высота гор; считается, что на нашей Земле не может быть гор выше 9 км. Сила тяжести удерживает газовую и водную оболочки планеты. Атмосферу планеты покидают только самые легкие молекулы – водорода и гелия. Давление масс вещества, реализующееся в процессе гравитационной дифференциации в нижней мантии, наряду с радиоактивным распадом порождает тепловую энергию – источник внутренних (эндогенных) процессов, перестраивающих литосферу.

Тепловой режим поверхностного слоя земной коры (в среднем до 30 м) имеет температуру, определяемую солнечным теплом. Это гелиометрический слой , испытывающий сезонные колебания температуры. Ниже – еще более тонкий горизонт постоянной температуры (около 20 м), соответствующий среднегодовой температуре места наблюдения. Ниже постоянного слоя температура с глубиной нарастает – геотермический слой . Для количественного определения величины этого нарастания двумя взаимно связанными понятиями. Изменение температуры при углублении в землю на 100 м называется геотермическим градиентом (колеблется от 0,1 до 0,01 0 С/м и зависит от состава горных пород, условий их залегания), а расстояние по отвесу, на которое необходимо углубиться, чтобы получить повышение температуры на 1 0 , называется геотермической ступенью (колеблется от 10 до 100 м/ 0 С).

Земной магнетизм – свойство Земли, обусловливающее существование вокруг нее магнитного поля, вызванного процессами, происходящими на границе ядро-мантия. Впервые о том, что Земля – магнит, человечество узнало благодаря работам У. Гильберта.

Магнитосфера – область околоземного пространства, заполненная заряженными частицами, движущимися в магнитном поле Земли. Она отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Это внешняя граница магнитосферы.

В основе образования магнитного поля лежат внутренние и внешние причины. Постоянное магнитное поле образуется благодаря электрическим токам, возникающим во внешнем ядре планеты. Солнечные корпускулярные потоки образуют переменное магнитное поле Земли. Наглядное представление о состоянии магнитного поля Земли дают магнитные карты. Магнитные карты составляются на пятилетний срок – магнитную эпоху.

Нормальное магнитное поле было бы у Земли, будь она однородно намагниченным шаром. Земля в первом приближении представляет собой магнитный диполь – это стержень, концы которого имеют противоположные магнитные полюса. Места пересечения магнитной оси диполя с земной поверхностью называются геомагнитными полюсами . Геомагнитные полюсы не совпадают с географическими и медленно движутся со скоростью 7-8 км/год. Отклонения реального магнитного поля от нормального (теоретически рассчитанного) называются магнитными аномалиями. Они могут быть мировыми (Восточно-Сибирский овал), региональными (КМА) и локальными, связанными с близким залеганием к поверхности магнитных пород.

Магнитное поле характеризуется тремя величинами: магнитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью. Магнитное склонение - угол между географическим меридианом и направлением магнитной стрелки. Склонение бывает восточным (+), если северный конец стрелки компаса отклоняется к востоку от географического, и западным (-), когда стрелка отклоняется к западу. Магнитное наклонение - угол между горизонтальной плоскостью и направлением магнитной стрелки, подвешенной на горизонтальной оси. Наклонение положительное, когда северный конец стрелки смотрит вниз, и отрицательное, если северный конец направлен вверх. Магнитное наклонение изменяется от 0 до 90 0 . Сила магнитного поля характеризуется напряженностью. Напряженность магнитного поля небольшая составляет на экваторе 20-28 А/м, на полюсе – 48-56 А/м.

Магнитосфера имеет каплевидную форму. На стороне, обращенной к Солнцу, ее радиус равен 10 радиусам Земли, на ночной стороне под влиянием «солнечного ветра» увеличивается до 100 радиусов. Форма обусловлена воздействием солнечного ветра, который, наталкиваясь на магнитосферу Земли, обтекает ее. Заряженные частицы, достигая магнитосферы, начинают двигаться по магнитным силовым линиям и образуют радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс состоит из протонов, имеет максимальную концентрацию на высоте 3500 км над экватором. Внешний пояс образован электронами, простирается до 10 радиусов. У магнитных полюсов высота радиационных поясов уменьшается, здесь возникают области, в которых заряженные частицы вторгаются в атмосферу, ионизируя газы атмосферы и вызывая полярные сияния.

Географическое значение магнитосферы очень велико: она защищает Землю от корпускулярного солнечного и космического излучения. С магнитными аномалиями связан поиск полезных ископаемых. Магнитные силовые линии помогают ориентироваться в пространстве туристам, кораблям.

Возраст Земли. Геохронология.

Земля возникла как холодное тело из скопления твердых частиц и тел, подобных астероидам. Среди частиц были и радиоактивные. Попав внутрь Земли, они там распадались с выделением тепла. Пока размеры Земли были невелики, тепло легко уходило в межпланетное пространство. Но с нарастанием объема Земли производство радиоактивного тепла стало превышать его утечку, оно накапливалось и разогревало недра планеты, приводя их в размягченное. Пластическое состояние, которое и открыло возможности для гравитационной дифференциации вещества – всплывания более легких минеральных масс к поверхности и постепенного опускания более тяжелых – к центру. Интенсивность дифференциации с глубиной затухала, т.к. в этом же направлении в связи с увеличением давления возрастала вязкость вещества. Земное ядро не было захвачено дифференциацией, сохранило свой первозданный силикатный состав. Но резко уплотнилось из-за высочайшего давления, превысившего миллион атмосфер.

Возраст Земли устанавливается с помощью радиоактивного метода, применять его можно только к породам, содержащим радиоактивные элементы. Если считать, что весь аргон на Земле – продукт распада калия-49, то возраст Земли будет не менее 4 млрд. лет. Подсчеты О.Ю. Шмидта дают еще более высокую цифру – 7,6 млрд. лет. В.И. Баранов для исчисления возраста Земли взял отношение между современными количествами урана-238 и актиноурана (урана-235) в горных породах и минералах и получил возраст урана (вещества, из которого потом возникла планета) 5-7 млрд. лет.

Таким образом, возраст Земли определяется в интервале 4-6 млрд. лет. Историю развития земной поверхности удается пока непосредственно восстановить в общих чертах лишь начиная с тех времен, от которых сохранились древнейшие горные породы, т.е примерно за 3 – 3,5 млрд. лет (Калесник С.В.).

Историю Земли обычно делят на два эона: криптозой (скрытый и жизнь: нет останков скелетной фауны) и фанерозой (явный и жизнь). Криптозой включает две эры: архей и протерозой. Фанерозой охватывает последние 570 млн. лет, в нем выделяют палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры, которые, в свою очередь, делятся на периоды. Часто весь период до фанерозоя называют докембрием (кембрий – первый период палеозойской эры).

Периоды палеозойской эры:

Периоды мезозойской эры:

Периоды кайнозойской эры:

Палеоген (эпохи – палеоцен, эоцен, олигоцен)

Неоген (эпохи – миоцен, плиоцен)

Четвертичный (эпохи – плейстоцен и голоцен).

Выводы:

1.В основе всех проявлений внутренней жизни Земли лежат преобразования тепловой энергии.

2.В земной коре температура с удалением от поверхности возрастает (геотермический градиент).

3.Теплота Земли имеет своим источником распад радиоактивных элементов.

4.Плотность вещества Земли с глубиной увеличивается от 2,7 на поверхности до 17,2 в центральных частях. Давление в центре Земли достигает 3 млн. атм. Плотность увеличивается скачкообразно на глубинах 60 и 2900 км. Отсюда вывод – Земля состоит из объемлющих друг друга концентрических оболочек.

5.Земная кора слагается преимущественно породами типа гранитов, которые подстилаются породами типа базальтов. Возраст земли определяется в 4-6 млрд. лет.

Строение Земли. Процессы, происходящие в глубинах Земли, влияют на образование горных пород, на землетрясения и вулканические извержения, на медленные колебания поверхности суши и морского дна и на другие явления, преобразующие географическую оболочку. Поэтому, изучая физическую географию, необходимо знать строение Земли и природу ее внутренних слоев.

При современных технических средствах мы не в состоянии непосредственно наблюдать и изучать глубинные слои Земли. Самая глубокая буровая скважина на Земле не достигает 8 км. Существуют проекты бурения до 10-15 км. Более глубокие слои изучаются косвенными геофизическими методами, на основании которых можно строить лишь более или менее вероятные гипотезы. Геофизические методы основаны на изучениях упругих колебаний и физических полей Земли.

Наиболее важным является сейсмический метод, который по скорости распространения в Земле упругих волн, вызванных землетрясением или искусственными взрывами, дает возможность судить об упругих свойствах вещества, залегающего на той или иной глубине, и косвенно о других свойствах вещества. Сейсмический метод основан на следующем.

От места механического толчка исходят волны сжатия - растяжения (продольные) и волны сдвига (поперечные). Последние не возникают в жидкости и газе. Сейсмические волны проходят через земные глубины и, встречая на своем пути среду с различными физическими свойствами, преломляются и изменяют скорость распространения. Направление и скорость распространения сейсмических волн регистрируются приборами - сейсмографами. На основании многочисленных измерений установлено, что скорость распространения сейсмических волн меняется скачкообразно на определенных глубинах. Это связано прежде всего со скачкообразным изменением плотности слоев Земли.

Отсюда можно сделать важный вывод, что Земля имеет концентрическое строение. Глубины резкого изменения скорости волн называются сейсмическими зонами раздела первого порядка. Первая зона раздела, называемая зоной Мохоровичича, находится на средней

глубине 33 км, вторая - на средней глубине 2900 км. Эти зоны делят Землю на три основных слоя: кору, мантию и ядро (рис. 6). Глубины, на которых скорости сейсмических волн меняются менее резко, называются сейсмическими зонами раздела второго порядка. Они делят мантию на верхнюю и нижнюю и ядро на внешнее и внутреннее.

Кора - верхняя твердая каменная оболочка Земли. Горные породы, слагающие кору, включают все химические элементы таблицы Менделеева. Однако большинство элементов содержится в ничтожном количестве. Основными элементами коры являются: О, Si , A 1, из остальных преобладают Fe , Ca , Na , К и Mg .

Сейсмические волны и гравиметрические данные указывают на изменение с глубиной физических свойств горных пород и на неоднородность строения коры, которая отражается в планетарном рельефе земной поверхности. По физическим свойствам кору делят на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. По мощности и строению выделяют два основных типа коры: материковый и океанический; в промежуточной полосе между ними кора переходного типа. Материковая кора имеет среднюю толщину 35 км. Под древними равнинами ее толщина 30 км, в горных странах ее толщина колеблется от 40 до 80 км в зависимости от происхождения и древности гор. Толщина океанической коры в среднем 5 км.

Материковая кора состоит из трех слоев: осадочный мощностью 0-15 км, гранитный средней мощностью 10 км и базальтовый средней мощностью 20 км. Океаническая кора состоит из двух слоев: осадочный мощностью менее 1 км и базальтовый мощностью 4-5 км (рис. 7). Гранитный слой состоит в основном из гранита и других так называемых кислых пород, базальтовый - из базальта и других так называемых основных пород (см. геоморфологию). Плотность

коры увеличивается с глубиной от 2,7 до 3,5 г/смм 3 . Температура в верхнем слое Земли с глубиной возрастает в среднем на 3° каждые 100 м. Земная кора постепенно выплавлялась из вещества мантии в процессе длительной физико-химической и гравитационной его дифференциации. При этом выделились гранитный и базальтовый слои земной коры, осадочный же слой возник позднее в результате их разрушения. Возраст земной коры в различных ее участках неодинаков.

В жизни земной коры происходит непрерывное формирование и развитие больших прогибов и поднятий. В подвижных так называемых геосинклиналъных зонах прогибы и поднятия имеют удлиненную форму порядка 50-100 км, а скорость вертикального движения порядка 1 см в год. Амплитуда вертикальных движений измеряется в этих случаях многими километрами. Такие поднятия и прогибы приводят к контрастному расчленению земной коры на крупные формы рельефа (горы и впадины). В областях стабильных, так называемых платформенных, поднятия и прогибы имеют округлые или неправильные очертания, их поперечник измеряется сотнями километров, а скорость вертикальных движений измеряется долями миллиметра в год. Это области малых контрастов рельефа. Причина описанных вертикальных движений кроется в мантии Земли.

Некоторые небольшие поднятия и опускания земной коры, охватывающие малые площади, измеряемые несколькими километрами, и такие же локальные деформации горных пород в виде небольших складок или неглубоких разрывов вызываются процессами, протекающими в земной коре. Одним из таких процессов является гранитизация, т.е. превращение осадочных и метаморфических пород в граниты путем их переплавления. При гранитизации происходит увеличение объема пород на 10-15%. Находящиеся в пластичном состоянии граниты, залегающие в виде линз ад других пород на глубине 10-15 км, оказываются в неустойчивом состоянии; под тяжестью вышележащих пород они выжимаются из одних мест и нагнетаются в другие, вызывая деформацию в залегании покрывающих слоёв.

Мантия - подкоровая оболочка Земли, отличающаяся от коры главным образом физическими параметрами. Она состоит из окислов магния, железа и кремния. Давление в мантии, возрастая с глубиной, достигает на границе ядра 1,3 млн. атмосфер Плотность мантии увеличивается от 3,5 в верхних слоях до 5,5 г/см 3 на границе ядра. Температура вещества мантии соответственно увеличивается примерно от 500° до 3800°. Несмотря на высокую температуру мантия находится в твердом состоянии. Граница между верхней и нижней мантией находится на глубине 900-1000 км отземной поверхности.

Верхняя мантия состоит из перидотита - ультраосновной породы с повышенным содержанием магния и железа и бедной кремнеземом. В верхней мантии возникают разрывы, сопровождающиеся сдвигами: здесь происходят процессы, определяющие стабильность одних и подвижность других участков земной коры. На глубине 100-200 км под материками и 50-400 км под океанами расположена зона размягчения и относительной подвижности материала -астеносфера, или волновод.Здесь температура растет быстрее плотности и может «догнать» точку плавления. Достаточно небольшого снижения давления, чтобы вещество астеносферы расплавилось, образуя магму, и устремилось вверх. В результате неоднократного продвижения вверх магма может излиться на поверхность. Разломы в верхних слоях мантии облегчают всплывание магмы - астенолитов. Они определяют линейное расположение всплывающих астенолитов. Одни астенолиты поднимаются до поверхности и образуются внутри коры. Они приносят с собой глубинное тепло и сильно прогревая кору, вызывают в ее породах явление метаморфизма вплоть до образования гранитов. Активный приток материала и тепла из верхней мантии в кору характерен для подвижных зон геосинклиналей. По мере исчерпания внутренней энергии в данном месте подвижность коры ослабевает, и геосинклиналь сменяется платформенным состоянием с сравнительно медленными вертикальными движениями коры. Однако в силу еще не установленных причин может наступить новая «активизация» движений в платформенных областях.

Ядро - центральная часть Земли не совсем ясной химической и физической природы. С начала XX в. существует гипотеза железного ядра; её современная модификация разделяется некоторыми геофизиками и сейчас. Больше сторонников имеет гипотеза силикатного ядра. Однако независимо от состава химических элементов для ядра, в силу особых физических условий, характерно полное вырождение химических свойств вещества. Температура ядра порядка 4000°, давление в центре Земли более 3,5 млн. атмосфер. При таких условиях вещество переходит в так называемую металлическую фазу, электронные оболочки атомов разрушаются и образуется электронная плазма отдельных химических элементов. Вещество становится более плотным и насыщенным свободными электронами. Огромные кольцевые вихри свободных электронов, возникающие в ядре, порождают, вероятно, постоянное магнитное поле Земли.

Граница между внешним и внутренним ядром находится на глубине около 5000 км от поверхности Земли. Внешнее ядро жидкое - через него не проходят поперечные волны. Плотность внешнего ядра в верхней части около 10,0 г/см. Внутреннее ядро твердое - продольные волны, проходя черев него, порождают в нем поперечные волны. Плотность внутреннего ядра доходит до 13,7 г/см 3 .