Cik bieži, meklējot atbildes uz mūsu jautājumiem par to, kā darbojas pasaule, mēs skatāmies debesīs, saulē, zvaigznēs, mēs skatāmies tālu, tālu simtiem gaismas gadu, meklējot jaunas galaktikas. Bet, ja paskatās zem kājām, tad zem kājām ir vesela pazemes pasaule, kas veido mūsu planētu – Zemi!
Zemes iekšasšī ir tā pati noslēpumainā pasaule zem mūsu kājām, mūsu Zemes pazemes organisms, uz kura mēs dzīvojam, būvējam mājas, liekam ceļus, tiltus un daudzus tūkstošus gadu esam attīstījuši savas dzimtās planētas teritorijas.
Šī pasaule - slepenie dziļumi Zemes iekšas!
Zemes uzbūve
Mūsu planēta pieder pie sauszemes planētām un, tāpat kā citas planētas, sastāv no slāņiem. Zemes virsmu veido ciets zemes garozas apvalks, dziļāk atrodas ārkārtīgi viskoza mantija, un centrā atrodas metāla serde, kas sastāv no divām daļām, ārējā ir šķidra, iekšējā ir cieta.
Interesanti, ka daudzi Visuma objekti ir tik labi izpētīti, ka par tiem zina katrs skolēns, kosmosa kuģi tiek sūtīti kosmosā uz tāliem simtiem tūkstošu kilometru, bet nokļūšana mūsu planētas dziļākajos dzīlēs joprojām ir neiespējams uzdevums, tāpēc tas, kas ir zem Zemes virsma joprojām ir liels noslēpums.
Zemes iekšējā uzbūve
Nesen amerikāņu ģeofiziķis M. Herndons izvirzīja hipotēzi, ka Zemes centrā atrodas dabisks urāna un plutonija (jeb torija) “kodolreaktors”, kura diametrs ir tikai 8 km. Šī hipotēze var izskaidrot Zemes inversiju magnētiskais lauks, kas notiek ik pēc 200 000 gadiem. Ja šis pieņēmums apstiprināsies, dzīvība uz Zemes var beigties 2 miljardus gadu agrāk, nekā gaidīts, jo gan urāns, gan plutonijs sadeg ļoti ātri. To izsīkšana novedīs pie tā magnētiskā lauka izzušanas, kas aizsargā zemi no īsviļņu saules starojuma, un līdz ar to izzudīs visas bioloģiskās dzīvības formas. Šo teoriju komentēja Krievijas Zinātņu akadēmijas korespondējošais loceklis V.P. Trubitsins: “Gan urāns, gan torijs ir ļoti smagi elementi, kas planētas primārās vielas diferenciācijas procesā var nogrimt uz Zemes centru. Bet atomu līmenī tos aiznes ar viegliem elementiem, kas tiek ievesti zemes garozā, tāpēc visas urāna atradnes atrodas pašā augšējais slānis mizu. Tas ir, ja šie elementi būtu koncentrēti klasteru veidā, tie varētu iegrimt kodolā, bet, saskaņā ar valdošajām idejām, tiem vajadzētu būt nelielam skaitam. Tādējādi, lai izteiktu apgalvojumus par Zemes urāna kodolu, ir jāsniedz saprātīgāks aprēķins par urāna daudzumu, kas nonācis dzelzs kodolā. Zemes uzbūvei arī jābūt
2002. gada rudenī Hārvardas universitātes profesors A. Dziewonski un viņa students M. Iši, pamatojoties uz datu analīzi no vairāk nekā 300 000 seismiskiem notikumiem, kas savākti 30 gadu laikā, ierosināja jaunu modeli, saskaņā ar kuru tā sauktais “visiekšējais” kodols atrodas iekšējā kodolā, kura šķērsgriezums ir aptuveni 600 km: tā klātbūtne var liecināt par divu iekšējās kodola attīstības posmu esamību. Lai apstiprinātu šādu hipotēzi, ir nepieciešams ievietot vairāk lielāks skaits seismogrāfus, lai veiktu detalizētāku anizotropijas (atkarības fizikālās īpašības viela no virziena tās iekšienē), kas raksturo pašu Zemes centru.
Planētas individuālo seju, tāpat kā dzīvas būtnes izskatu, lielā mērā nosaka iekšējie faktori, kas rodas tās dziļajās zarnās. Ir ļoti grūti izpētīt šīs zemes dzīles, jo materiāli, kas veido Zemi, ir necaurspīdīgi un blīvi, tāpēc tiešo datu apjoms par dziļo zonu vielu ir ļoti ierobežots. Tajos ietilpst: tā sauktais minerālu agregāts (lielas iežu sastāvdaļas) no dabiskas īpaši dziļas akas - kimberlīta caurule Lesoto (Dienvidāfrikā), kas tiek uzskatīta par tādu iežu pārstāvi, kas sastopami aptuveni 250 dziļumā. km, kā arī kodols (cilindriskā akmens kolonna), kas izcelts no pasaulē dziļākās akas (12 262 m) Kolas pussalā. Planētas superdzīļu izpēte neaprobežojas ar to. Divdesmitā gadsimta 70. gados Azerbaidžānas teritorijā - Saablinskas akā (8324 m) tika veikta zinātniskā kontinentālā urbšana. Un Bavārijā pagājušā gadsimta 90. gadu sākumā tas tika dibināts īpaši dziļa aka KTB-Oberpfalz ir vairāk nekā 9000 m liels.
Ir daudz asprātīgu un interesantas metodes pētot mūsu planētu, bet galvenā informācija par tās iekšējo uzbūvi iegūta zemestrīču un spēcīgu sprādzienu radīto seismisko viļņu pētījumu rezultātā. Katru stundu dažādos Zemes punktos tiek reģistrētas aptuveni 10 zemes virsmas vibrācijas. Šajā gadījumā rodas divu veidu seismiskie viļņi: garenvirziena un šķērsvirziena. Abu veidu viļņi var izplatīties cietā vielā, bet tikai gareniskie viļņi var izplatīties šķidrumos. Zemes virsmas pārvietojumus reģistrē seismogrāfi, kas uzstādīti visā pasaulē. Novērojumi par ātrumu, ar kādu viļņi pārvietojas pa zemi, ļauj ģeofiziķiem noteikt iežu blīvumu un cietību dziļumos, kas nav pieejami tiešai izpētei. No seismiskiem datiem zināmo blīvumu salīdzinājums, kas iegūts laboratorijas eksperimentos ar akmeņiem (kur tiek simulēta noteiktam zemes dziļumam atbilstoša temperatūra un spiediens), ļauj izdarīt secinājumu par zemes iekšpuses materiālo sastāvu. Jaunākie ģeofizikas dati un eksperimenti, kas saistīti ar derīgo izrakteņu strukturālo transformāciju izpēti, ir ļāvuši modelēt daudzas Zemes dzīlēs notiekošās struktūras, sastāva un procesu pazīmes.
Vēl 17. gadsimtā apbrīnojama kontūru sakritība piekrastes līnijasĀfrikas rietumu krastu un austrumu krastu Dienvidamerika lika dažiem zinātniekiem domāt, ka kontinenti “staigā” ap planētu. Bet tikai trīs gadsimtus vēlāk, 1912. gadā, vācu meteorologs Alfrēds Lotārs Vēgeners detalizēti izklāstīja savu kontinentālās novirzes hipotēzi, kas apgalvoja, ka kontinentu relatīvās pozīcijas Zemes vēsturē ir mainījušās. Tajā pašā laikā viņš izvirzīja daudzus argumentus par labu tam, ka tālā pagātnē kontinenti tika apvienoti. Papildus krasta līniju līdzībai viņi atklāja ģeoloģisko struktūru atbilstību, reliktu kalnu grēdu nepārtrauktību un fosilo atlieku identitāti dažādos kontinentos. Profesors Vēgeners aktīvi aizstāvēja ideju par viena superkontinenta Pangea pastāvēšanu pagātnē, tā sadalīšanos un sekojošo kontinentu novirzīšanos. dažādas puses. Bet šī neparastā teorija netika uztverta nopietni, jo no tā laika viedokļa šķita pilnīgi neiedomājami, ka milzu kontinenti varētu patstāvīgi pārvietoties pa planētu. Turklāt pats Vegeners nespēja nodrošināt piemērotu “mehānismu”, kas varētu pārvietot kontinentus.
Šī zinātnieka ideju atdzimšana notika okeāna dibena pētījumu rezultātā. Fakts ir tāds, ka kontinentālās garozas ārējais reljefs ir labi zināms, taču okeāna dibens, kas daudzus gadsimtus bija droši klāts ar daudziem kilometriem ūdens, palika nepieejams pētīšanai un kalpoja kā neizsmeļams visu veidu leģendu un mītu avots. Būtisks solis uz priekšu tās reljefa izpētē bija precīzās eholotes izgudrošana, ar kuras palīdzību kļuva iespējams nepārtraukti mērīt un reģistrēt dibena dziļumu pa kuģa kustības līniju. Viens no pārsteidzošajiem rezultātiem intensīvos pētījumos par okeāna dibenu ir jauni dati par tās topogrāfiju. Mūsdienās okeāna dibena topogrāfiju ir vieglāk kartēt, pateicoties satelītiem, kas ļoti precīzi mēra jūras virsmas “augstumu”: to precīzi attēlo jūras līmeņa atšķirības dažādās vietās. Plakanā dibena, bez īpašām iezīmēm, nogulsnēm klāta vietā tika atklāti dziļi grāvji un stāvas klintis, milzu kalnu grēdas un lielākie vulkāni. Īpaši skaidri kartēs izceļas Vidusatlantijas kalnu grēda, kas griež Atlantijas okeānu tieši pa vidu.
Izrādījās, ka okeāna dibens noveco, attālinoties no okeāna vidus grēdas, “izplatoties” no savas centrālās zonas ar ātrumu vairākus centimetrus gadā. Šī procesa darbība var izskaidrot kontinentālo robežu kontūru līdzību, ja pieņemam, ka starp šķelto kontinenta daļām veidojas jauna okeāna grēda, un okeāna dibens, augot simetriski abās pusēs, veido jaunu okeānu. Iespējams, šādā veidā radās Atlantijas okeāns, kura vidū atrodas Vidusatlantijas grēda. Bet, ja jūras dibena platība palielinās un Zeme neizplešas, tad kaut kam globālajā garozā ir jāsabrūk, lai kompensētu šo procesu. Tieši tas notiek lielākās daļas nomalē Klusais okeāns. Šeit litosfēras plāksnes tuvojas viena otrai, un viena no sadursmēm iekrīt zem otras un nonāk dziļi zemē. Šādas sadursmes vietas iezīmē aktīvi vulkāni, kas stiepjas gar Klusā okeāna piekrasti, veidojot tā saukto “uguns gredzenu”.
Tiešā jūras gultnes urbšana un pacelto iežu vecuma noteikšana apstiprināja paleomagnētisko pētījumu rezultātus. Šie fakti veidoja jaunās globālās tektonikas jeb litosfēras plātņu tektonikas teorijas pamatu, kas radīja īstu revolūciju zemes zinātnēs un radīja jaunu izpratni par planētas ārējiem apvalkiem. Šīs teorijas galvenā ideja ir plākšņu horizontālās kustības.
Kā dzima zeme
Saskaņā ar mūsdienu kosmoloģiskajiem jēdzieniem Zeme kopā ar citām planētām veidojās apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu no gabaliem un atkritumiem, kas riņķoja ap jauno Sauli. Tas auga, pārņemot apkārtējo vielu, līdz sasniedza pašreizējo izmēru. Sākumā augšanas process notika ļoti strauji, un nepārtrauktam krītošu ķermeņu lietum vajadzēja izraisīt tā ievērojamu uzsilšanu, jo daļiņu kinētiskā enerģija tika pārvērsta siltumā. Triecienu laikā parādījās krāteri, un no tiem izmestā viela vairs nevarēja pārvarēt gravitācijas spēku un nokrita atpakaļ, un, jo lielāki bija krītošie ķermeņi, jo vairāk tie karsēja Zemi. Krītošo ķermeņu enerģija vairs netika izlaista uz virsmas, bet gan planētas dzīlēs, nepaspējot izstarot kosmosā. Lai gan sākotnējais vielu maisījums varēja būt viendabīgs lielā mērogā, zemes masas uzkaršana gravitācijas saspiešanas un tās gružu bombardēšanas rezultātā izraisīja maisījuma kušanu un rezultātā radušies šķidrumi tika atdalīti no atlikušajām cietajām daļām reibumā. gravitācijas. Vielas pakāpeniskajai dziļuma pārdalei atbilstoši blīvumam vajadzēja novest pie tās sadalīšanas atsevišķos apvalkos. Vieglākas vielas, bagātas ar silīciju, atdalījās no blīvākām vielām, kas satur dzelzi un niķeli, un veidoja pirmo zemes garozu. Apmēram miljardu gadu vēlāk, kad zeme bija ievērojami atdzisusi, Zemes garoza sacietējis planētas cietajā ārējā apvalkā. Zeme atdziestot no tās kodola izsvieda daudz dažādu gāzu (parasti tas notika vulkāna izvirdumu laikā) – vieglās gāzes, piemēram, ūdeņradis un hēlijs, pārsvarā iztvaikoja kosmosā, taču, tā kā zemes gravitācijas spēks jau bija diezgan spēcīgs, tā noturējās. tās virsmas tuvumā tas ir smagāks. Tie veidoja zemes atmosfēras pamatu. Daļa atmosfēras ūdens tvaiku kondensējās, un uz zemes parādījās okeāni.
Ko tagad?
Zeme nav lielākā, bet ne mazākā planēta starp saviem kaimiņiem. Tā ekvatoriālais rādiuss, kas vienāds ar 6378 km, ir par 21 km lielāks nekā polārais centrbēdzes spēka dēļ, ko rada ikdienas rotācija. Spiediens Zemes centrā ir 3 miljoni atm, un vielas blīvums ir aptuveni 12 g/cm3. Mūsu planētas masa, kas konstatēta ar eksperimentāliem gravitācijas fiziskās konstantes un gravitācijas paātrinājuma mērījumiem pie ekvatora, ir 6*1024 kg, kas atbilst vidējam vielas blīvumam 5,5 g/cm3. Minerālu blīvums uz virsmas ir aptuveni puse no vidējā blīvuma, kas nozīmē, ka vielas blīvumam planētas centrālajos reģionos jābūt lielākam par vidējo vērtību. Arī Zemes inerces moments, kas ir atkarīgs no vielas blīvuma sadalījuma pa rādiusu, liecina par būtisku vielas blīvuma pieaugumu no virsmas līdz centram. No Zemes dzīlēm pastāvīgi izdalās siltuma plūsma, un, tā kā siltumu var pārnest tikai no karsta uz aukstu, temperatūrai planētas dzīlēs jābūt augstākai nekā uz tās virsmas. Dziļi urbumi ir parādījuši, ka temperatūra palielinās līdz ar dziļumu par aptuveni 20°C uz katru kilometru un atšķiras dažādās vietās. Ja temperatūras paaugstināšanās turpinātos nepārtraukti, tad pašā Zemes centrā tā sasniegtu desmitiem tūkstošu grādu, taču ģeofizikālie pētījumi liecina, ka patiesībā temperatūrai šeit vajadzētu būt vairākiem tūkstošiem grādu.
Zemes garozas (ārējā apvalka) biezums svārstās no vairākiem kilometriem (okeāna reģionos) līdz vairākiem desmitiem kilometru (kontinentu kalnainos reģionos). Zemes garozas sfēra ir ļoti maza, veidojot tikai aptuveni 0,5% no planētas kopējās masas. Mizas galvenais sastāvs ir silīcija, alumīnija, dzelzs un sārmu metālu oksīdi. Kontinentālajā garozā, kurā atrodas augšējais (granīts) un apakšējais (bazaltiskais) nogulumu slānis, atrodas senākie Zemes ieži, kuru vecums tiek lēsts vairāk nekā 3 miljardu gadu vecumā. Okeāna garozā zem nogulumiežu slāņa galvenokārt ir viens slānis, kas pēc sastāva ir līdzīgs bazaltam. Nogulumiežu segas vecums nepārsniedz 100-150 miljonus gadu.
Zemes garozu no tās pamatā esošās mantijas atdala joprojām noslēpumainais Moho slānis (nosaukts serbu seismologa Mohoroviča vārdā, kurš to atklāja 1909. gadā), kurā seismisko viļņu izplatīšanās ātrums strauji palielinās.
Mantija veido aptuveni 67% no planētas kopējās masas. Augšējās mantijas cietais slānis, kas stiepjas dažādos dziļumos zem okeāniem un kontinentiem, kopā ar zemes garozu tiek saukts par litosfēru - cietāko Zemes apvalku. Zem tā atrodas slānis, kurā ir neliels seismisko viļņu izplatīšanās ātruma samazinājums, kas liecina par savdabīgu vielas stāvokli. Šo slāni, kas ir mazāk viskozs un plastiskāks attiecībā pret slāņiem virs un apakšā, sauc par astenosfēru. Tiek uzskatīts, ka mantijas viela atrodas nepārtrauktā kustībā, un tiek uzskatīts, ka mantijas relatīvi dziļajos slāņos, palielinoties temperatūrai un spiedienam, notiek vielas pāreja uz blīvākām modifikācijām. Šo pāreju apstiprina eksperimentālie pētījumi.
Apakšējā mantijā 2900 km dziļumā atrodas pēkšņs lēciens ne tikai garenviļņu ātrumā, bet arī blīvumā, un šķērsviļņi šeit pilnībā izzūd, kas liecina par iežu materiālā sastāva izmaiņām. Šī ir Zemes kodola ārējā robeža.
Zemes kodols tika atklāts 1936. gadā. Bija ārkārtīgi grūti to attēlot, jo to sasniedza un atgriezās virspusē nelielā seismisko viļņu skaita dēļ. Turklāt kodola ekstremālās temperatūras un spiedienu jau sen ir bijis grūti reproducēt laboratorijā. Zemes kodols ir sadalīts 2 atsevišķos reģionos: šķidrā (ĀRĒJS KODOLS) un cietā (BHUTPEHHE), pāreja starp tiem atrodas 5156 km dziļumā. Dzelzs ir elements, kas atbilst kodola seismiskajām īpašībām un ir daudz Visumā, veidojot aptuveni 35% no tā masas planētas kodolā. Saskaņā ar mūsdienu datiem ārējais kodols ir rotējoša kausēta dzelzs un niķeļa plūsma, kas labi vada elektrību. Tieši ar to ir saistīta zemes magnētiskā lauka izcelsme, uzskatot, ka elektriskās strāvas, kas plūst šķidrajā kodolā, rada globālu magnētisko lauku. Tas ietekmē apvalka slāni, kas saskaras ar ārējo serdi, jo temperatūra kodolā ir augstāka nekā apvalkā. Vietām šis slānis ģenerē milzīgas siltuma un masu plūsmas, kas vērstas uz Zemes virsmu – spalvām.
INNER SOLID CORE nav savienots ar apvalku. Tiek uzskatīts, ka tā cieto stāvokli, neskatoties uz augsto temperatūru, nodrošina gigantisks spiediens Zemes centrā. Ir ierosināts, ka papildus dzelzs un niķeļa sakausējumiem serdei vajadzētu saturēt arī vieglākus elementus, piemēram, silīciju un sēru, un, iespējams, silīciju un skābekli. Jautājums par zemes kodola stāvokli joprojām ir strīdīgs. Atkāpjoties no virsmas, palielinās saspiešana, kurai viela tiek pakļauta. Aprēķini liecina, ka zemes kodolā spiediens var sasniegt 3 miljonus atm. Šajā gadījumā šķiet, ka daudzas vielas ir metalizētas - tās nonāk metāliskā stāvoklī. Bija pat hipotēze, ka Zemes kodols sastāv no metāliskā ūdeņraža.
Lai saprastu, kā ģeologi izveidoja Zemes uzbūves modeli, ir jāzina pamatīpašības un to parametri, kas raksturo visas Zemes daļas. Šīs īpašības (vai raksturlielumi) ietver:
1. Fizikālais - blīvums, elastīgās magnētiskās īpašības, spiediens un temperatūra.
2. Ķīmiskā - ķīmiskais sastāvs un ķīmiskie savienojumi, izplatība ķīmiskie elementi uz Zemes.
Pamatojoties uz to, tiek noteikta Zemes sastāva un struktūras izpētes metožu izvēle. Apskatīsim tos īsi.
Pirmkārt, mēs atzīmējam, ka visas metodes ir sadalītas:
· tiešā - pamatojoties uz tiešu derīgo izrakteņu un iežu izpēti un to izvietojumu Zemes slāņos;
· netiešā - balstās uz minerālu, iežu un slāņu fizikālo un ķīmisko parametru izpēti, izmantojot instrumentus.
Ar tiešajām metodēm varam pētīt tikai Zemes augšējo daļu, jo... dziļākā aka (Kola) sasniedza ~12 km. Par dziļākajām vietām var spriest pēc vulkānu izvirdumiem.
Zemes dziļo iekšējo struktūru pēta ar netiešām metodēm, galvenokārt ar ģeofizikālo metožu kompleksu. Apskatīsim galvenos.
1.Seismiskā metode(grieķu seismos — kratīšana) — pamatā ir elastīgo vibrāciju (jeb seismisko viļņu) rašanās un izplatīšanās parādība dažādos medijos. Elastīgās vibrācijas uz Zemes rodas zemestrīču, meteorītu kritienu vai sprādzienu laikā un sāk izplatīties dažādos ātrumos no to rašanās avota (zemestrīces avota) līdz Zemes virsmai. Ir divu veidu seismiski viļņi:
1-gareniskie P-viļņi (ātrākie), iziet cauri visiem medijiem - cietiem un šķidriem;
2 šķērsvirziena S-viļņi, lēnāki un pārvietojas tikai caur cieto datu nesēju.
Seismiskie viļņi zemestrīču laikā rodas dziļumā no 10 km līdz 700 km. Seismisko viļņu ātrums ir atkarīgs no to iežu elastības īpašībām un blīvuma, ko tie šķērso. Sasniedzot Zemes virsmu, tie it kā to apgaismo un sniedz priekšstatu par vidi, kuru viņi šķērsoja. Ātruma izmaiņas sniedz priekšstatu par Zemes neviendabīgumu un stratifikāciju. Papildus ātruma izmaiņām seismiskie viļņi piedzīvo refrakciju, ejot cauri neviendabīgiem slāņiem, vai atspīdumu no virsmas, kas atdala slāņus.
2.Gravimetriskā metode ir balstīta uz gravitācijas paātrinājuma Dg izpēti, kas ir atkarīga ne tikai no ģeogrāfiskā platuma, bet arī no Zemes matērijas blīvuma. Pamatojoties uz šī parametra izpēti, tika konstatēta blīvuma sadalījuma neviendabība dažādās Zemes daļās.
3.Magnetometriskā metode- pamatojoties uz Zemes vielas magnētisko īpašību izpēti. Daudzi mērījumi ir parādījuši, ka dažādi ieži atšķiras viens no otra pēc magnētiskajām īpašībām. Tas noved pie apgabalu veidošanās ar neviendabīgām magnētiskām īpašībām, kas ļauj spriest par Zemes uzbūvi.
Salīdzinot visus raksturlielumus, zinātnieki ir izveidojuši Zemes struktūras modeli, kurā izšķir trīs galvenos reģionus (jeb ģeosfēras):
1-Zemes garoza, 2-Zemes apvalks, 3-Zemes kodols.
Katrs no tiem, savukārt, ir sadalīts zonās vai slāņos. Apsvērsim tos un tabulā apkoposim galvenos parametrus.
1.Zemes garoza(A slānis) ir Zemes augšējais apvalks, tā biezums svārstās no 6-7 km līdz 75 km.
2.Zemes mantija ir sadalīts augšējā (ar slāņiem: B un C) un apakšējā (slānis D).
3. Kodols - sadalīts ārējā (slānis E) un iekšējā (slānis G), starp kuriem atrodas pārejas zona- F slānis.
Robeža starp zemes garoza un mantija ir Mohoroviča sadaļa, starp mantija un kodols arī asa robeža - Gūtenberga divīzija.
Tabulā redzams, ka garenvirziena un šķērsviļņu ātrums palielinās no Zemes virsmas uz dziļākajām sfērām.
Augšējā apvalka iezīme ir zonas klātbūtne, kurā bīdes viļņu ātrums strauji samazinās līdz 0,2-0,3 km / sek. Tas izskaidrojams ar to, ka līdz ar cieto stāvokli apvalku daļēji attēlo kausējums. Šo samazināto ātrumu slāni sauc astenosfēra. Tās biezums ir 200-300 km, dziļums 100-200 km.
Uz mantijas un serdes robežas ir krass garenviļņu ātruma samazinājums un šķērsviļņu ātruma vājināšanās. Pamatojoties uz to, tika pieņemts, ka ārējais kodols ir izkusis.
Ģeosfēru vidējā blīvuma vērtības parāda tā pieaugumu virzienā uz kodolu.
Tālāk sniegts priekšstats par Zemes un tās ģeosfēru ķīmisko sastāvu:
1- zemes garozas ķīmiskais sastāvs,
2 - meteorītu ķīmiskais sastāvs.
Zemes garozas ķīmiskais sastāvs ir izpētīts pietiekami detalizēti - ir zināms tās masīvais ķīmiskais sastāvs un ķīmisko elementu loma minerālu un iežu veidošanā. Situācija ir grūtāka ar apvalka un serdes ķīmiskā sastāva izpēti. Mēs to vēl nevaram izdarīt, izmantojot tiešās metodes. Tāpēc tiek izmantota salīdzinošā pieeja. Sākuma punkts ir pieņēmums par protoplanetāru līdzību starp zemē nokritušo meteorītu sastāvu un Zemes iekšējām ģeosfērām.
Visi meteorīti, kas skāra Zemi, ir sadalīti tipos pēc to sastāva:
1-dzelzs, sastāv no Ni un 90% Fe;
2-dzelzs akmeņi (siderolīti) sastāv no Fe un silikātiem,
3-akmens, kas sastāv no Fe-Mg silikātiem un niķeļa dzelzs ieslēgumiem.
Pamatojoties uz meteorītu analīzi, eksperimentāliem pētījumiem un teorētiskiem aprēķiniem, zinātnieki pieņem (saskaņā ar tabulu), ka kodola ķīmiskais sastāvs ir niķeļa dzelzs. Tiesa, iekšā pēdējie gadi tiek izteikts viedoklis, ka bez Fe-Ni kodolā var būt S, Si vai O piemaisījumi. Mantijai ķīmisko spektru nosaka Fe-Mg silikāti, t.i. sava veida olivīns-piroksēns pirolīts veido apakšējo apvalku, bet augšējo - ultrabāziska sastāva akmeņus.
Ķīmiskais sastāvs Zemes garozā ir maksimāli daudz ķīmisko elementu, kas atklājas līdz šim zināmo minerālu sugu daudzveidībā. Kvantitatīvā attiecība starp ķīmiskajiem elementiem ir diezgan liela. Zemes garozā un mantijā izplatītāko elementu salīdzinājums liecina, ka vadošā loma ir Si, Al un O 2.
Tādējādi, ņemot vērā pamata fizisko un ķīmiskās īpašības Zemes, mēs redzam, ka to vērtības nav vienādas, tiek sadalītas zonāli. Tādējādi sniedzot priekšstatu par Zemes neviendabīgo struktūru.
Zemes garozas uzbūve
Iežu veidi, kurus mēs uzskatījām agrāk - magmatiskie, nogulumieži un metamorfie - piedalās zemes garozas struktūrā. Saskaņā ar to fizikāli ķīmiskajiem parametriem visi zemes garozas ieži ir sagrupēti trīs lielos slāņos. No apakšas uz augšu tas ir: 1-bazalts, 2-granīts-gneiss, 3-nogulumieži. Šie slāņi zemes garozā ir sadalīti nevienmērīgi. Pirmkārt, tas izpaužas katra slāņa jaudas svārstībās. Turklāt ne visām daļām ir pilns slāņu komplekts. Tāpēc detalizētāks pētījums ļāva pēc sastāva, struktūras un biezuma izšķirt četrus zemes garozas veidus: 1-kontinentālo, 2-okeānu, 3-subkontinentālo, 4-subokeānisko.
1. Kontinentālais tips- ir biezums no 35-40 km līdz 55-75 km kalnu struktūrās, satur visus trīs slāņus. Bazalta slāni veido gabbro tipa ieži un metamorfie amfibolīta un granulīta fāciju ieži. To sauc tāpēc, ka tā fizikālie parametri ir tuvu bazaltiem. Granīta slāņa sastāvs ir gneisi un granīta gneisi.
2.Okeāna tips- krasi atšķiras no kontinentālā biezuma (5-20 km, vidēji 6-7 km) un granīta-gneisa slāņa neesamības. Tās struktūra ietver divus slāņus: pirmais slānis ir nogulsnēts, plāns (līdz 1 km), otrais slānis ir bazalts. Daži zinātnieki identificē trešo slāni, kas ir otrās kārtas turpinājums, t.i. ir bazalta sastāvs, bet sastāv no ultrabāziskiem mantijas iežiem, kas ir izgājuši serpentinizāciju.
3.Subkontinentālais tips- ietver visus trīs slāņus un tādējādi ir tuvu kontinentālajam. Bet tas izceļas ar mazāku granīta slāņa biezumu un sastāvu (mazāk gneisu un vairāk skābāku vulkānisko iežu). Šis tips ir sastopams uz kontinentu un okeānu robežas ar intensīvu vulkānismu.
4. Subokeāna tips- atrodas dziļās zemes garozas ieplakās (iekšējās jūrās, piemēram, Melnajā un Vidusjūrā). Tas atšķiras no okeāna tipa ar lielāku nogulumu slāņa biezumu līdz 20-25 km.
Zemes garozas veidošanās problēma.
Pēc Vinogradova domām, zemes garozas veidošanās process notika pēc principa zonas kušana. Procesa būtība: Proto-Zemes viela, tuvu meteorītam, radioaktīvās karsēšanas rezultātā izkusa un vieglākā silikāta daļa izcēlās uz virsmas, un kodolā koncentrējās Fe-Ni. Tādējādi notika ģeosfēru veidošanās.
Jāņem vērā, ka zemes garoza un augšējās mantijas cietā daļa ir apvienota litosfēra, zem kura atrodas astenosfēra.
Tektonosfēra- šī ir litosfēra un augšējās mantijas daļa līdz 700 km dziļumam (t.i., līdz dziļāko zemestrīces perēkļu dziļumam). Tā nosaukta tāpēc, ka šeit notiek galvenie tektoniskie procesi, kas nosaka šīs ģeosfēras pārstrukturēšanos.
Raksta saturs
ZEMES ĒKA. Planēta Zeme sastāv no plāna, cieta apvalka (garoza 10–100 km biezs), ko ieskauj bieza ūdens hidrosfēra un blīva atmosfēra. Zemes iekšpuse ir sadalīta trīs galvenajos reģionos: garozā, apvalkā un kodolā. Zemes garoza ir Zemes cietā apvalka augšējā daļa, kuras biezums svārstās no viena (zem okeāniem) līdz vairākiem desmitiem kilometru. (zem kontinentiem). To veido nogulumu slāņi un labi zināmi minerāli un ieži. Tās dziļākie slāņi sastāv no dažādiem bazaltiem. Zem garozas ir ciets silikāta slānis (domājams, ka izgatavots no olivīna), ko sauc par apvalku, 1–3 tūkstošus km biezs, tas ieskauj kodola šķidro daļu, kuras centrālā daļa ar aptuveni 2000 km diametru ir cieta.
Atmosfēra.
Zemi, tāpat kā vairumu citu planētu, ieskauj gāzveida apvalks – atmosfēra, kas sastāv galvenokārt no slāpekļa un skābekļa. Nevienai citai planētai nav atmosfēras ar tādu pašu ķīmisko sastāvu kā Zemei. Tiek uzskatīts, ka tas radās ilgstošas ķīmiskās un bioloģiskā evolūcija. Zemes atmosfēra ir sadalīta vairākos reģionos pēc temperatūras izmaiņām, ķīmiskā sastāva, fiziskais stāvoklis un gaisa molekulu un atomu jonizācijas pakāpe. Zemes atmosfēras blīvie, elpojošie slāņi nav biezāki par 4–5 km. Augstāk atmosfēra ir ļoti reta: tās blīvums samazinās apmēram trīs reizes uz katriem 8 km kāpuma. Šajā gadījumā gaisa temperatūra vispirms troposfērā pazeminās līdz 220 K, bet vairāku desmitu kilometru augstumā stratosfērā sāk pieaugt līdz 270 K aptuveni 50 km augstumā, kur robeža ar nākamo slāni. atmosfēra pāriet - mezosfēra(vidēja atmosfēra). Temperatūras paaugstināšanās stratosfēras augšdaļā notiek šeit absorbētā ultravioletā un rentgena saules starojuma sildīšanas efekta dēļ, kas neiekļūst atmosfēras apakšējos slāņos. Mezosfērā temperatūra atkal pazeminās līdz gandrīz 180 K, pēc tam virs 180 km termosfēra tā ļoti spēcīga izaugsme sāk vērtībām, kas pārsniedz 1000 K. Augstumā virs 1000 km termosfēra pārvēršas eksosfērā , no kuras notiek atmosfēras gāzu izkliede starpplanētu telpā. Temperatūras paaugstināšanās ir saistīta ar atmosfēras gāzu jonizāciju - elektriski vadošu slāņu rašanos, ko parasti sauc par zemes jonosfēru.
Hidrosfēra.
Svarīga Zemes iezīme ir liels ūdens daudzums, kas pastāvīgi atrodams dažādās proporcijās visos trijos agregācijas stāvokļi– gāzveida (ūdens tvaiki atmosfērā), šķidri (upes, ezeri, jūras, okeāni un mazākā mērā atmosfēra) un cietas (sniegs un ledus, galvenokārt ledājos) X). Pateicoties ūdens bilanci Kopāūdens uz Zemes ir jāsaglabā. Pasaules okeāni aizņem lielākā daļa Zemes virsma (361,1 miljons km 2 jeb 70,8% no Zemes virsmas laukuma), tās vidējais dziļums ir aptuveni 3800 m, lielākais ir 11 022 m (Marianas tranšeja Klusajā okeānā), ūdens tilpums ir 1370 miljoni km 3 , vidējais sāļums 35 g/l. Mūsdienu ledāju platība ir aptuveni 11% no zemes virsmas, kas ir 149,1 miljons km 2 (» 29,2%). Zeme paceļas virs Pasaules okeāna līmeņa vidēji par 875 m (augstākais augstums ir 8848 m - Čomolungmas virsotne Himalajos). Tiek uzskatīts, ka nogulumiežu esamība, kuru vecums (pēc radioizotopu analīzes datiem) pārsniedz 3,7 miljardus gadu, kalpo par pierādījumu milzīgu ūdenstilpju esamībai uz Zemes jau tajā tālajā laikmetā, kad, domājams, radās pirmā dzīvā. parādījās organismi.
Pasaules okeāns.
Pasaules okeāni parasti ir sadalīti četros okeānos. Lielākais un dziļākais no tiem ir Klusais okeāns. Tā platība ir 178,62 miljoni km2, un tā aizņem pusi no visas Zemes ūdens virsmas. Tā vidējais dziļums (3980 m) ir lielāks par Pasaules okeāna vidējo dziļumu (3700 m). Tās robežās atrodas arī dziļākā tranšeja - Mariana (11 022 m). Vairāk nekā puse no Pasaules okeāna ūdens tilpuma ir koncentrēta Klusajā okeānā (710,4 no 1341 miljoniem km 3). Otrs lielākais ir Atlantijas okeāns. Tā platība ir 91,6 miljoni km 2, vidējais dziļums ir 3600 m, lielākais ir 8742 m (Puertoriko apgabalā), apjoms ir 329,7 miljoni km 3. Nākamais pēc lieluma ir Indijas okeāns, kura platība ir 76,2 miljoni km 2, vidējais dziļums 3710 m, lielākais dziļums 7729 m (netālu no Sundas salām) un ūdens tilpums 282,6 miljoni km 3. Mazākais un aukstākais Ziemeļu Ledus okeāns, kura platība ir tikai 14,8 miljoni km2. Tas aizņem 4% no Pasaules okeāna), ir vidējais dziļums 1220 m (maksimums 5527 m), ūdens tilpums 18,1 miljons km 3. Dažkārt t.s Dienvidu okeāns (pagaidu nosaukums dienvidu daļas Atlantijas, Indijas un Klusais okeāns, kas atrodas blakus Antarktikas kontinentam). Okeānos ietilpst jūras. Zemes dzīvē liela nozīme ir pastāvīgi notiekošajam ūdens ciklam (mitruma ciklam). Tas ir nepārtraukts slēgts ūdens kustības process atmosfērā, hidrosfērā un zemes garozā, kas sastāv no iztvaikošanas, ūdens tvaiku pārneses atmosfērā, tvaika kondensācijas, nokrišņu un ūdens ieplūdes Pasaules okeānā. Šajā vienā procesā notiek nepārtraukta ūdens pāreja no zemes virsmas uz atmosfēru un atpakaļ.
golfa straume(ang. Golfa straume) – sistēma siltās straumes Atlantijas okeāna ziemeļu daļā, kas stiepjas 10 tūkstošus km no Floridas pussalas krastiem līdz Špicbergenas un Novaja Zemļas salām. Ātrums no 6–10 km/h Floridas šaurumā līdz 3–4 km/h B. Ņūfaundlendas krasta rajonā, virszemes ūdens temperatūra attiecīgi no 24–28 līdz 10–20 °C Vidējā ūdens plūsma Floridas šaurumā ir 25 miljoni m 3/s (20 reizes pārsniedz visu zemeslodes upju kopējo ūdens plūsmu). Golfa straume pārvēršas Ziemeļatlantijas straumē (40° R), kas rietumu un dienvidrietumu vēju ietekmē seko līdz Skandināvijas pussalas krastiem, ietekmējot Eiropas klimatu.
Elniño- silta Klusā okeāna ekvatoriālā straume, kas notiek ik pēc dažiem gadiem. Pēdējo 20 gadu laikā ir novēroti pieci aktīvi Elniño cikli: 1982-1983, 1986-1987, 1991-1993, 1994-1995 un 1997-1998, t.i. vidēji ik pēc 3-4 gadiem.
Ne-Elniño gados visā Dienvidamerikas Klusā okeāna piekrastē sakarā ar auksto dziļo ūdeņu pieplūdumu, ko izraisa aukstā virszemes Peru straume, okeāna virsmas temperatūra svārstās šaurā sezonālā diapazonā - no 15 ° C līdz 19 ° C. Elnino periodā okeāna virsmas temperatūra piekrastes zonā paaugstinās par 6–10°C. Elnino laikā ekvatora reģionā šī straume sasilst vairāk nekā parasti. Tāpēc pasāta vēji vājina vai nepūš vispār. Uzkarsētais ūdens, izplatoties uz sāniem, atgriežas Amerikas piekrastē. Rodas anomāla zona konvekcija, un lietus un viesuļvētras skāra Centrālameriku un Dienvidameriku. Globālā sasilšana tuvākajā nākotnē var izraisīt katastrofālas sekas. Veselas dzīvnieku un augu sugas izmirst, jo tām nav laika pielāgoties klimata pārmaiņām. Polārā ledus kušanas dēļ jūras līmenis varētu celties pat par metru, un salu būtu mazāk. Gadsimta laikā sasilšana varētu sasniegt 8 grādus.
Nenormāli laikapstākļi uz zemeslodes Elnino gados. Tropos nokrišņu daudzums palielinās apgabalos uz austrumiem no Klusā okeāna centrālās daļas un samazinās Austrālijas ziemeļos, Indonēzijā un Filipīnās. Decembrī-februārī nokrišņi virs normas ir novērojami Ekvadoras piekrastē, Peru ziemeļrietumos, virs Brazīlijas dienvidiem, Argentīnas centrālajā daļā un Āfrikas ekvatoriālajā austrumu daļā, savukārt jūnijā-augustā - ASV rietumos un virs Čīles centrālajā daļā. .
Elniño notikumi ir atbildīgi arī par liela mēroga gaisa temperatūras anomālijām visā pasaulē. Šajos gados ir vērojama izcila temperatūras paaugstināšanās. Siltāki nekā parasti apstākļi decembrī-februārī bija Āzijas dienvidaustrumos, Primorijā, Japānā, Japānas jūrā, Āfrikas dienvidaustrumos un Brazīlijā un Austrālijas dienvidaustrumos. Temperatūra virs normas tiek novērota arī jūnijā-augustā Rietumu krasts Dienvidamerikā un Brazīlijas dienvidaustrumos. Aukstākas ziemas (decembris-februāris) notiek ASV dienvidrietumu piekrastē.
Laninho. Lanino, atšķirībā no Elniño, izpaužas kā virszemes ūdens temperatūras pazemināšanās Klusā okeāna austrumu tropiskajā daļā. Šādas parādības bija vērojamas 1984.–1985., 1988.–1989. un 1995.–1996. Šajā periodā Klusā okeāna austrumu daļā iestājas neparasti auksts laiks. Vēji maina zonu silts ūdens un auksto ūdeņu "mēle" stiepjas 5000 km garumā, Ekvadoras apgabalā - Samoa salās, tieši tajā vietā, kur Elniño laikā vajadzētu būt silto ūdeņu joslai. Šajā periodā spēcīgas musonu lietus ir novērojamas Indoķīnā, Indijā un Austrālijā. Karību jūras valstis un ASV cieš no sausuma un tornado.
Neparasti laika apstākļi uz zemeslodes Laninho gados. Laniño periodos nokrišņu daudzums palielinās Klusā okeāna rietumu ekvatoriālajā daļā, Indonēzijā un Filipīnās, un gandrīz pilnībā nav okeāna austrumu daļā. Lielākā daļa nokrišņu nokrīt decembrī-februārī Dienvidamerikas ziemeļos un vairāk Dienvidāfrika, un jūnijā-augustā virs Austrālijas dienvidaustrumiem. Sausāki apstākļi ir Ekvadoras piekrastē, Peru ziemeļrietumos un ekvatoriālajā Austrumāfrikā decembrī-februārī un Brazīlijas dienvidos un Argentīnas centrālajā daļā jūnijā-augustā. Visā pasaulē ir liela mēroga novirzes no normas. Novērotā lielākais skaitlis apgabali ar neparasti vēsiem apstākļiem, piemēram, aukstas ziemas Japānā un jūras piekrastē, Aļaskas dienvidos un Kanādas rietumu-centrālajā daļā un vēsas vasaras Dienvidaustrumāfrikā, Indijā un Dienvidaustrumāzijā. ASV dienvidrietumos ierodas siltākas ziemas.
Lanino, tāpat kā Elniño, visbiežāk notiek no decembra līdz martam. Atšķirība ir tāda, ka Elniño notiek vidēji reizi trīs līdz četros gados, bet Lanino - reizi sešos līdz septiņos gados. Abas parādības nes sev līdzi palielināts daudzums viesuļvētras, bet Lanino laikā to ir trīs līdz četras reizes vairāk nekā Elniño laikā.
Saskaņā ar jaunākajiem novērojumiem Elniño vai Lanino uzbrukuma uzticamību var noteikt, ja:
1. Netālu no ekvatora, Klusā okeāna austrumu daļā, Elniño gadījumā veidojas siltāks ūdens, bet Lanino gadījumā aukstāks ūdens.
2. Ja Darvinas ostā (Austrālija) atmosfēras spiedienam ir tendence pazemināties, bet Taiti salā - pieaugt, tad gaidāms Elnino. Citādi tas būs Laninjo.
Elniño un Lanino ir visizteiktākās globālās ikgadējās klimata mainīguma izpausmes. Tie atspoguļo liela mēroga temperatūras izmaiņas okeāns, nokrišņi, atmosfēras cirkulācija, vertikālās gaisa kustības virs tropiskā Klusā okeāna.
Ledāji.
Mantija.
Starp garozu un Zemes kodolu atrodas silikāta (galvenokārt olivīna) apvalks jeb mantija. Zeme, kurā viela atrodas īpašā plastiskā, amorfā stāvoklī, tuvu izkusušai (augšējā mantija ir aptuveni 700 km bieza). Iekšējā mantija apmēram 2000 km biezs ir cietā kristāliskā stāvoklī. Mantija aizņem apmēram 83% no visas Zemes tilpuma un veido līdz 67% no tās masas. Mantijas augšējā robeža seko Mohoroviča virsmas robežai dažādos dziļumos - no 5-10 līdz 70 km, bet apakšējā - pie robežas ar kodolu aptuveni 2900 km dziļumā.
Kodols.
Tuvojoties centram, palielinās vielas blīvums un paaugstinās temperatūra. Zemeslodes centrālā daļa, aptuveni līdz pusei no rādiusa, ir blīvs dzelzs-niķeļa kodols ar 4–5 tūkstošu kelvinu temperatūru, kura ārējā daļa ir izkususi un nonāk apvalkā. Tiek pieņemts, ka temperatūra pašā Zemes centrā ir augstāka nekā Saules atmosfērā. Tas nozīmē, ka Zemei ir iekšējie avoti karstums.
Zemes relatīvi plānā garoza (plānāka un blīvāka zem okeāniem nekā zem kontinentiem) veido ārējo apvalku, ko no apakšējās mantijas atdala Mohoroviča robeža. Blīvākais materiāls veido Zemes kodolu, kas acīmredzot sastāv no metāliem. Garoza, iekšējā apvalks un iekšējais kodols ir cieti, bet ārējais kodols ir šķidrs.
Edvards Kononovičs
Raksturīga Zemes evolūcijas iezīme ir matērijas diferenciācija, kuras izpausme ir mūsu planētas apvalka struktūra. Litosfēra, hidrosfēra, atmosfēra, biosfēra veido galvenos Zemes apvalkus, kas atšķiras pēc ķīmiskā sastāva, biezuma un vielas stāvokļa.
Zemes iekšējā uzbūve
Zemes ķīmiskais sastāvs(1. att.) ir līdzīgs citu sauszemes planētu, piemēram, Veneras vai Marsa, sastāvam.
Kopumā dominē tādi elementi kā dzelzs, skābeklis, silīcijs, magnijs un niķelis. Gaismas elementu saturs ir zems. Zemes vielas vidējais blīvums ir 5,5 g/cm 3 .
Ir ļoti maz ticamu datu par Zemes iekšējo uzbūvi. Apskatīsim att. 2. Tas attēlo Zemes iekšējo uzbūvi. Zeme sastāv no garozas, mantijas un kodola.
Rīsi. 1. Zemes ķīmiskais sastāvs
Rīsi. 2. Zemes iekšējā uzbūve
Kodols
Kodols(3. att.) atrodas Zemes centrā, tās rādiuss ir aptuveni 3,5 tūkstoši km. Kodola temperatūra sasniedz 10 000 K, t.i., tā ir augstāka par Saules ārējo slāņu temperatūru, un tās blīvums ir 13 g/cm 3 (sal.: ūdens - 1 g/cm 3). Tiek uzskatīts, ka kodols sastāv no dzelzs un niķeļa sakausējumiem.
Zemes ārējam kodolam ir lielāks biezums nekā iekšējam (rādiuss 2200 km), un tas ir šķidrā (izkausētā) stāvoklī. Iekšējā serde pakļauts milzīgam spiedienam. Vielas, kas to veido, ir cietā stāvoklī.
Mantija
Mantija- Zemes ģeosfēra, kas ieskauj kodolu un veido 83% no mūsu planētas tilpuma (skat. 3. att.). Tās apakšējā robeža atrodas 2900 km dziļumā. Mantija ir sadalīta mazāk blīvā un plastiskā augšējā daļā (800-900 km), no kuras tā veidojas magma(tulkojumā no grieķu valodas nozīmē "bieza ziede"; tā ir zemes iekšpuses izkausēta viela - maisījums ķīmiskie savienojumi un elementi, tostarp gāzes, īpašā pusšķidrā stāvoklī); un kristāliskais apakšējais, apmēram 2000 km biezs.
Rīsi. 3. Zemes uzbūve: kodols, mantija un garoza
Zemes garoza
Zemes garoza - litosfēras ārējais apvalks (sk. 3. att.). Tās blīvums ir aptuveni divas reizes mazāks par Zemes vidējo blīvumu - 3 g/cm 3 .
Atdala zemes garozu no mantijas Mohoroviča robeža(bieži saukta par Moho robežu), ko raksturo straujš seismisko viļņu ātruma pieaugums. To 1909. gadā uzstādīja horvātu zinātnieks Andrejs Mohorovičs (1857- 1936).
Tā kā procesi, kas notiek mantijas augšējā daļā, ietekmē vielas kustību zemes garozā, tie ir apvienoti ar vispārīgu nosaukumu litosfēra(akmens apvalks). Litosfēras biezums svārstās no 50 līdz 200 km.
Zemāk atrodas litosfēra astenosfēra- mazāk ciets un mazāk viskozs, bet vairāk plastmasas apvalks ar temperatūru 1200 ° C. Tas var šķērsot Moho robežu, iekļūstot zemes garozā. Astenosfēra ir vulkānisma avots. Tajā ir izkausētas magmas kabatas, kas iekļūst zemes garozā vai izplūst uz zemes virsmas.
Zemes garozas sastāvs un struktūra
Salīdzinot ar apvalku un kodolu, zemes garoza ir ļoti plāns, ciets un trausls slānis. Tas sastāv no vieglākas vielas, kas šobrīd satur aptuveni 90 dabiskos ķīmiskos elementus. Šie elementi nav vienlīdzīgi pārstāvēti zemes garozā. Septiņi elementi - skābeklis, alumīnijs, dzelzs, kalcijs, nātrijs, kālijs un magnijs - veido 98% no zemes garozas masas (skat. 5. att.).
Savdabīgas ķīmisko elementu kombinācijas veido dažādus iežus un minerālus. Vecākie no tiem ir vismaz 4,5 miljardus gadu veci.
Rīsi. 4. Zemes garozas uzbūve
Rīsi. 5. Zemes garozas sastāvs
Minerāls ir savā sastāvā un īpašībās samērā viendabīgs dabas ķermenis, kas veidojies gan litosfēras dziļumos, gan virspusē. Minerālu piemēri ir dimants, kvarcs, ģipsis, talks u.c. (Dažādu minerālu fizikālo īpašību raksturojumus atradīsiet 2. pielikumā.) Zemes minerālu sastāvs parādīts att. 6.
Rīsi. 6. Vispārīgi minerālu sastāvs Zeme
Akmeņi sastāv no minerāliem. Tie var sastāvēt no viena vai vairākiem minerāliem.
Nogulumieži - māls, kaļķakmens, krīts, smilšakmens u.c. - veidojušies, vielām nogulsnējot ūdens vidē un uz sauszemes. Tie atrodas slāņos. Ģeologi tās sauc par Zemes vēstures lappusēm, jo tās var uzzināt par to dabas apstākļi kas pastāvēja uz mūsu planētas senatnē.
Starp nogulumiežiem izšķir organogēnos un neorganogēnos (klasiskos un ķīmiskos).
Organogēns Akmeņi veidojas dzīvnieku un augu atlieku uzkrāšanās rezultātā.
Klasiskie ieži veidojas iepriekš izveidojušos iežu iznīcināšanas produktu dēdēšanas, ūdens, ledus vai vēja iznīcināšanas rezultātā (1. tabula).
1. tabula. Klastiskie ieži atkarībā no fragmentu lieluma
|
Šķirnes nosaukums |
Bummer con izmērs (daļiņas) |
|
Vairāk nekā 50 cm |
|
|
5 mm - 1 cm |
|
|
1 mm - 5 mm |
|
|
Smiltis un smilšakmeņi |
0,005 mm - 1 mm |
|
Mazāks par 0,005 mm |
Ķīmiskais Akmeņi veidojas tajos izšķīdušo vielu nokrišņu rezultātā no jūru un ezeru ūdeņiem.
Zemes garozas biezumā veidojas magma magmatiskie ieži(7. att.), piemēram, granīts un bazalts.
Nogulumieži un magmatiskie ieži, spiediena un augstas temperatūras ietekmē iegremdēti lielā dziļumā, piedzīvo būtiskas izmaiņas, pārvēršoties par metamorfie ieži. Piemēram, kaļķakmens pārvēršas marmorā, kvarca smilšakmens par kvarcītu.
Zemes garozas struktūra ir sadalīta trīs slāņos: nogulumiežu, granīta un bazalta.
Nogulumu slānis(sk. 8. att.) veido galvenokārt nogulumieži. Šeit dominē māli un slānekļi, plaši pārstāvēti smilšaini, karbonāti un vulkāniskie ieži. Nogulumu slānī ir tādu nogulsnes minerāls, Kā ogles, gāze, eļļa. Visus organiska izcelsme. Piemēram, ogles ir seno laiku augu transformācijas produkts. Nogulumu slāņa biezums ir ļoti atšķirīgs - no pilnīgas prombūtnes atsevišķās sauszemes teritorijās līdz 20-25 km dziļās ieplakās.
Rīsi. 7. Iežu klasifikācija pēc izcelsmes
"Granīta" slānis sastāv no metamorfiem un magmatiskiem iežiem, kas pēc savām īpašībām ir līdzīgi granītam. Šeit visizplatītākie ir gneisi, granīti, kristāliskās šķelnes uc Granīta slānis nav sastopams visur, bet kontinentos, kur tas ir labi izteikts, tā maksimālais biezums var sasniegt vairākus desmitus kilometru.
"Bazalta" slānis ko veido akmeņi tuvu bazaltiem. Tie ir metamorfizēti magmatiskie ieži, blīvāki nekā “granīta” slāņa ieži.
Zemes garozas biezums un vertikālā struktūra ir atšķirīga. Ir vairāki zemes garozas veidi (8. att.). Saskaņā ar vienkāršāko klasifikāciju izšķir okeāna un kontinentālo garozu.
Kontinentālās un okeāna garozas biezums ir atšķirīgs. Tādējādi kalnu sistēmās tiek novērots maksimālais zemes garozas biezums. Tas ir apmēram 70 km. Zem līdzenumiem zemes garozas biezums ir 30-40 km, un zem okeāniem tas ir plānākais - tikai 5-10 km.
Rīsi. 8. Zemes garozas veidi: 1 - ūdens; 2- nogulumu slānis; 3-nogulumiežu un bazaltu starpslāņojums; 4 - bazalts un kristāliskie ultrabāziskie ieži; 5 – granīta-metamorfiskais slānis; 6 – granulīta-mafiskais slānis; 7 - parastā mantija; 8 - dekompresēta mantija
Kontinentālās un okeāniskās garozas atšķirība iežu sastāvā izpaužas tajā, ka okeāna garozā nav granīta slāņa. Un okeāna garozas bazalta slānis ir ļoti unikāls. Iežu sastāva ziņā tas atšķiras no līdzīga kontinentālās garozas slāņa.
Robeža starp zemi un okeānu (nulles atzīme) nefiksē kontinentālās garozas pāreju uz okeānu. Kontinentālās garozas aizstāšana ar okeāna garozu notiek okeānā aptuveni 2450 m dziļumā.
Rīsi. 9. Kontinentālās un okeāna garozas uzbūve
Ir arī zemes garozas pārejas veidi - subokeāniskais un subkontinentālais.
Subokeāna garoza atrodas gar kontinentālajām nogāzēm un pakājē, var atrast marginālajās un Vidusjūras jūrās. Tas pārstāv kontinentālo garozu ar biezumu līdz 15-20 km.
Subkontinentālā garoza kas atrodas, piemēram, uz vulkānisko salu lokiem.
Pamatojoties uz materiāliem seismiskā zondēšana - seismisko viļņu pārejas ātrums - mēs iegūstam datus par zemes garozas dziļo struktūru. Līdz ar to Kolas superdziļurbums, kas pirmo reizi ļāva aplūkot iežu paraugus no vairāk nekā 12 km dziļuma, atnesa daudz negaidītu lietu. Tika pieņemts, ka 7 km dziļumā jāsākas “bazalta” slānim. Patiesībā tas netika atklāts, un starp akmeņiem dominēja gneisi.
Zemes garozas temperatūras izmaiņas līdz ar dziļumu. Zemes garozas virsmas slānim ir temperatūra, ko nosaka saules siltums. Šis heliometriskais slānis(no grieķu helio — Saule), piedzīvo sezonālas temperatūras svārstības. Tās vidējais biezums ir aptuveni 30 m.
Zemāk ir vēl plānāks slānis, kura raksturīgā iezīme ir nemainīga temperatūra, kas atbilst novērojumu vietas gada vidējai temperatūrai. Kontinentālā klimata apstākļos šī slāņa dziļums palielinās.
Vēl dziļāk zemes garozā atrodas ģeotermālais slānis, kura temperatūru nosaka Zemes iekšējais siltums un pieaug līdz ar dziļumu.
Temperatūras paaugstināšanās galvenokārt notiek radioaktīvo elementu, kas veido akmeņus, galvenokārt rādija un urāna, sabrukšanas dēļ.
Temperatūras pieauguma apjomu akmeņos līdz ar dziļumu sauc ģeotermālais gradients. Tas svārstās diezgan plašā diapazonā - no 0,1 līdz 0,01 °C/m - un ir atkarīgs no iežu sastāva, to rašanās apstākļiem un vairākiem citiem faktoriem. Zem okeāniem temperatūra paaugstinās ātrāk, palielinoties dziļumam, nekā kontinentos. Vidēji ar katriem 100 m dziļumā kļūst siltāks par 3 °C.
Tiek saukts ģeotermālā gradienta reciproks ģeotermālā stadija. To mēra m/°C.
Zemes garozas siltums ir svarīgs enerģijas avots.
Zemes garozas daļa, kas sniedzas ģeoloģiskajiem pētījumiem pieejamā dziļumā zemes zarnas. Zemes iekšpusei nepieciešama īpaša aizsardzība un saprātīga izmantošana.
Zemes figūra un izmēri
Vārdi un frāzes
Pirmās idejas par Zemes formu un izmēru parādījās senos laikos. Tādējādi Aristotelis (3. gs. p.m.ē.) sniedza pirmos pierādījumus par Zemes sfēriskumu, kad Mēness aptumsumu laikā uz Mēness diska pamanīja tās noapaļoto ēnu. Precīzu atbildi par Zemes formu un izmēru sniedz, izmērot meridiāna loka garumu par vienu grādu dažādas vietas uz Zemes virsmas. Šie mērījumi parādīja, ka meridiāna loka garums ir 1 0 polārajos reģionos tas ir lielākais un sasniedz 111,7 km, bet pie ekvatora tas ir mazākais - 110,6 km. Līdz ar to mūsu Zemei nav sfēriskas formas. Zemes ekvatoriālais rādiuss ir par 21,4 km lielāks nekā polārais rādiuss. Tādējādi mēs nonācām pie secinājuma, ka mūsu planētas forma atbilst rotācijas elipsoīdam.Pturpmākie mērījumi parādīja, ka Zeme ir saspiesta ne tikai pie poliem, bet arī gar ekvatoru, jo ekvatora lielākais un mazākais rādiuss garumā atšķiras par 213 m. Priekšstats par Zemi kā elipsoīdu (vai sferoīdu) ir pareizs, taču patiesībā Zemes reālā virsma ir sarežģītāka, jo uz tās virsmas ir dziļas ieplakas un pauguri. Vistuvāk mūsdienu Zemes figūrai ir figūra, ko sauc ģeoīds .
Ģeoīds – forma, ko nosaka brīvi izkliedēta ūdens virsma. Šādā attēlā gravitācijas spēks visur ir perpendikulārs tā virsmai (1. att.).
Mūsdienu ģeoīda mērījumu rezultāti dod šādas vērtības: ekvatoriālais rādiuss r uh = 6378,16 km, polārais rādiuss r P = 6357,78 km, vidējais rādiuss – 6371,11 km. Ekvatora garums: L = 40075,696 km; virsmas laukums – 510,2 milj.km 2 , tā tilpums ir 1,083 × 10 12 km 3, masa – 5,976 × 10 27 g.
Pamatojoties uz ekvatoriālā garuma atšķirību ( A) un polārais ( V) rādiusos, tiek noteikts Zemes polārās saspiešanas lielums:
r = .
UnIr zināms, ka Zeme riņķo ap Sauli eliptiskā orbītā vidēji 149,5 miljonu km attālumā. Papgrozības periods ir 365,242 sr. saules dienas Aprites ātrums vidēji ir 29,8 km/s. Zemes rotācijas periods ap savu asi ir 23 stundas 56 minūtes un 4,1 sekunde. Zemes griešanās ātrums pakāpeniski samazinās, tāpēc diennakts garums palielinās par 0,001 sekundi gadsimtā. Rotācijas ass stāvokli sarežģī tās lēnā rotācija pa apļveida konusu (pilns apgrieziens 26 tūkstošos gadu) un ass svārstības ar periodu 18,6 gadi (precesijas un nutācijas parādības).
1.2.
Ģeofiziskie lauki un Zemes fizikālās īpašības
Vārdi un frāzes
|
ģeotermālā stadija |
magnētiskais slīpums |
|
ģeotermālais gradients |
magnētiskā deklinācija |
|
gravimetrs |
magnetometrs |
|
gravitācijas apsekojums |
migrācija magnētiskie stabi |
|
gravitācijas anomālija |
paliekošā magnetizācija |
|
gravitācijas lauks |
paleomagnētisms |
|
izogons |
smagums |
|
izodinamika |
saules konstante |
|
izoklīni |
centrbēdzes spēks |
|
magnētiskā anomālija |
Zemes ģeofiziskie lauki attiecas uz dabiskajiem fiziskajiem laukiem, ko rada šī planēta. Tie ietver gravitācijas, magnētisko, termisko un elektrisko.
Gravitācijas lauks. Uz Zemes pastāv pastāvīgs gravitācijas spēks, kas vērsts uz centru, un centrbēdzes spēks. Šo divu spēku rezultāts nosaka gravitācijas spēku. Vienība gravitācijas mērīšanai gravitācijas izpētē ir nosaukta Galileo vārdā galom(1 cm/s 2 = 1 gal).
Gravitācijas sadalījuma pazīmes uz Zemes virsmas jau 18. gadsimtā noteica franču matemātiķis A. Klēro. Viņš bija pirmais, kurš atvasināja formulu gravitācijas spēka aprēķināšanai jebkurā sferoīda platuma grādos ar zināmām gravitācijas vērtībām (gravitācijas paātrinājums) pie pola un ekvatora:
g = g uh+(g n -g uh ) grēks 2 tu,
Kur g, g uh, g n – brīvā kritiena paātrinājums attiecīgi konkrētam ģeogrāfiskajam platumam (u), pie ekvatora un polā.
Gravitācijas paātrinājuma normālās vērtības uz Zemes samazinās no 978 cm/s 2 pie stabiem līdz 983 cm/s 2 pie ekvatora. Tomēr šīs vērtības ievērojami atšķiras no tām, kas faktiski izmērītas uz Zemes virsmas. Šī atšķirība ir saistīta ar izmaiņām iežu blīvumā, kas veido Zemi. Šī gravitācijas lauka iezīme ir gravimetriskās metodes pielietojuma pamatā. Smaguma paātrinājuma (g) mērīšana tiek veikta ar īpašām ierīcēm - gravimetriem. Tiek saukta faktisko datu (g) novirze no konkrētā apgabala teorētiskajām vērtībām gravitācijas anomālijas. Pamatojoties uz gravimetrisko mērījumu rezultātiem, tiek konstruēti gravimetriskie profili un kartes. Gravimetriskās anomālijas ir cieši saistītas ar blīvuma sadalījumu. Pār blīviem akmeņiem gravitācija palielinās, uz mazāk blīviem (gaišiem) iežiem tas samazinās. Līdz ar to zemes garozas struktūru var noteikt pēc gravimetriskām kartēm. Tā, piemēram, virs pagraba dzegām, pamata un ultrabāziskā sastāva akmeņiem (gabro, peridotīti), smago metālu rūdām tiek novērotas augstas gravitācijas vērtības (pozitīvas anomālijas), un virs vieglākiem tiek novērots relatīvs gravitācijas samazinājums. vieni (2. att.).
M 
Zemes magnētiskais lauks.
Mūsu planētas magnētiskās īpašības bija zināmas jau senajā Ķīnā. MūsuhZeme ir milzu magnēts ar magnētisko lauku ap to, kas sniedzas ārpus planētas līdz vairākiem Zemes rādiusiem. Kā jebkuram magnētam, arī Zemei ir magnētiskie stabi, kas tomēr nesakrīt ar ģeogrāfiskajiem poliem, jo magnētiskā lauka centrs attiecībā pret mūsu planētas centru ir nobīdīts par 430 km (3. att.). 1970. gadā attiecīgi tika noteikts magnētisko polu novietojums: Dienvidi - netālu no Grenlandes ziemeļiem (74 ° Z un 100° W) un ziemeļos - uz rietumiem no Ross jūras iekšāA ntarktīda (68°S un 145°E).
Magnētisko polu stāvoklī tiek novērotas laicīgas, ikgadējas un ikdienas svārstības. Turklāt laicīgās svārstības sasniedz 30 0 .
N 
Visskaidrāk Zemes magnētiskais lauks izpaužas kā tā ietekme uz magnētisko adatu, kas jebkurā zemes virsmas punktā ir stingri noteikta gar magnētisko meridiānu. Magnētiskā un ģeogrāfiskā pola neatbilstības dēļ magnētiskās adatas rādījumos tiek izdalīta magnētiskā deklinācija un slīpums.
Magnētiskā deklinācija – magnētiskās adatas (magnētiskā meridiāna) novirzes leņķis no noteiktā apgabala ģeogrāfiskā meridiāna. Deklinācija var būt austrumu vai rietumu (4. att.). Isogons - Tās ir līnijas, kas savieno punktus kartē ar vienādu deklināciju. Nulles izogons nosaka magnētiskā meridiāna stāvokli.
M 
magnētiskais slīpums
– magnētiskās adatas slīpuma leņķis pret horizontu. Ziemeļu puslodē magnētiskās adatas ziemeļu gals ir nolaists uz leju, bet dienvidu puslodē - adatas dienvidu gals. Tiek sauktas līnijas, kas savieno vienāda slīpuma punktus izoklīni. Nulles izoklīns atbilst magnētiskajam ekvatoram.
Papildus deklinācijai un slīpumam magnētiskajam laukam ir raksturīgs stiprums, kas ir zems un nepārsniedz 0,01 A/m.l sauc līnijas, kas savieno vienāda sprieguma punktus izodinamika. Magnētiskā lauka stiprums palielinās no magnētiskā ekvatora līdz poliem. Tiek saukta magnētiskā lauka intensitātes vērtību novirze no noteiktā apgabala vidējās vērtības magnētiskās anomālijas. Tie ir saistīti ar dažādām iežu magnētiskajām īpašībām dažādās 
oh grādu magnetizēts Zemes magnētiskajā laukā.
Ņemot vērā dažādu iežu magnētisko īpašību neviendabīgumu, minerālu meklēšana tiek veikta, izmantojot magnētisko izpēti. Noskaidrotas arī zemes garozas ģeoloģiskās uzbūves īpatnības (5. att.). Magnētiskās īpašības tiek pētītas, izmantojot magnetometri ne tikai uz zemes, bet arī lidmašīnās un kosmosa kuģos uzstādītās.
P 
par iežu atlikušo magnetizāciju kļuva iespējams atjaunot senā magnētiskā lauka elementus (polu novietojumu un intensitāti), kas radīja jaunu ģeoloģijas nozari - paleomagnētisms. Paleomagnētiskie pētījumi ir parādījuši, ka pēdējo piecsimt miljonu gadu laikā magnētiskie stabi ir nepārtraukti virzījušies uz rietumiem ar ātrumu 1 cm/gadā. magnētisko polu migrācija(6. att.). Vēl viena Zemes magnētiskā lauka iezīme ir periodiska magnētisko polu polaritātes maiņa, t.i. polu inversija. Ik pēc 200–300 tūkstošiem gadu Zemes magnēta ziemeļpols kļūst par dienvidu polu un otrādi. Magnētiskās inversijas skala tiek izmantota, lai sadalītu un salīdzinātu iežu slāņus un noteiktu vecumu. Saskaņā ar mūsdienu koncepcijām Zemes ģeomagnētiskajam laukam ir elektromagnētisks raksturs. Tas rodas reibumā sarežģīta sistēma elektriskās strāvas, kas pavada vielas turbulento konvekciju šķidrajā ārējā kodolā. Līdz ar to Zeme darbojas kā dinamo (Frenkela-Elsasera dinamo teorija).
Zemes termiskais lauks. Zemes termisko režīmu nosaka siltums, kas izdalās no tās iekšpuses. Turklāt no Saules saņemtais siltums ir svarīgs arī Zemes virsmai. 1 cm katru minūti 2 Zemes virsma no Saules saņem apmēram 8,173 J siltuma. Šo daudzumu sauc saules konstante. Viena trešdaļa saules enerģijas tiek atspoguļota atmosfērā un Zemes virsmā un ir izkliedēta.UnSaules apstarošana ievērojami pārsniedz siltuma daudzumu, kas nāk no dziļumiem (apmēram 4 × 10 –4 J minūtē). Tāpēc temperatūru uz mūsu planētas virsmas un litosfēras augšējā slāņa nosaka Saules starojums. Tas svārstās (mainās) dažādos diennakts laikos un plkst dažādi laiki gadā.
Noteiktā dziļumā no virsmas ir josta nemainīga temperatūra, vienāda ar apgabala vidējo gada temperatūru. Tādējādi Maskavā 20 metru dziļumā no virsmas tiek novērota nemainīga temperatūra + 4,2. 0 C, un Parīzē +11,8 0 C 28 m dziļumā. nZem nemainīgas temperatūras jostas, Zemes iekšējā siltuma ietekmē temperatūra paaugstinās vidēji par 3 0 C uz katriem 100 m. UnTemperatūras izmaiņas grādos uz dziļuma vienību sauc ģeotermālais gradients, un dziļuma intervāls metros, pie kura temperatūra paaugstinās par 1 ˚ , zvanīja ģeotermālā stadija(tā vidējā vērtība ir 33 m).
Iekšējās siltuma plūsmas izpēte parādīja, ka tās vērtība ir atkarīga no endogēno procesu intensitātes un garozas mobilitātes pakāpes. Zemei vidējā siltuma plūsmas vērtība ir aptuveni 1,4–1,5 μcal/cm 2 ×s. Pkalnu struktūrās tiek novērotas paaugstinātas siltuma plūsmas vērtības (līdz 2 – 4 µcal/cm 2 ×c), okeāna vidusdaļas grēdu plaisu ielejās (līdz 2 µcal/cm 2 ×s vai vairāk, dažviet sasniedzot 6,0–8,0 µcal/cm 2 × s). VAugstas siltuma plūsmas vērtības tika novērotas arī Sarkanās jūras, ezera, iekšējās plaisāsbaikal . Galvenie Zemes iekšējās siltumenerģijas avoti ir:
Radiogēns siltums, kas saistīts ar radioaktīvo elementu sabrukšanu ( 238 U, 235 U, 232 Th 40 K un citi).
Gmatērijas gravitācijas diferenciācija pie mantijas un kodola robežas, ko pavada siltuma izdalīšanās.
Kā jau minēts, palielinoties dziļumam, temperatūra paaugstinās. Piemēram, Kolas superdziļā akā, kas atrodas senā austrumu kristāliskā vairoga ietvaroseEiropas platformā tika pieņemts aprēķinātais ģeotermālais gradients 1 ˚ C 100 m augstumā, un sagaidāmajai temperatūrai 15 000 metru dziļumā jābūt 150–160 AR. UnTieši tā temperatūra sadalījās 2500 – 3000 m dziļumā. DTad bilde mainījās. Siltuma plūsmas lielums dubultojās, un temperatūras gradients bija 1,7 - 2,2˚ C pie 100 m. nun 12 000 metru augstumā temperatūra izrādījās virs 200 ˚ C gaidīto 120 vietā ˚ AR.
P 
Pēc dažādu autoru aprēķiniem, 100 km dziļumā temperatūra nepārsniedz 1300 - 1500 ˚
C, jo Tieši no šiem dziļumiem uz virsmas plūst lava ar temperatūru 1100 - 1250 0 C. Ttiek lēsts, ka mantijas un kodola dziļāko zonu temperatūra ir aptuveni 4000–5000 ˚
C (7. att.).
Temperatūras izplatība un izmaiņas zemes garozas augšējos slāņos galvenokārt ir saistītas ar lokāliem siltuma avotiem, kā arī ar atšķirīgu iežu siltumvadītspēju.
UZ 
Vietējos avotos jāiekļauj: magmas kameras, bojājumu zonas ar aktīvu termālo ūdeņu cirkulāciju, apgabali ar paaugstinātu radioaktīvo elementu koncentrāciju utt.ArIežu siltumvadītspējai ir būtiska ietekme uz siltuma sadali. Piemēram, kristāliskajiem iežiem ir augstāka siltumvadītspēja nekā irdenajiem nogulumiežiem, un siltumvadītspēja gar slāņiem ir daudz augstāka nekā gultnei perpendikulārā virzienā. Tāpēc, kad sastopamība ir tuvu vertikālei, nogulumiežu biezums tiks raksturots ar vairāk karstums nekā guļot horizontāli. Tas izskaidro temperatūras paaugstināšanos virs naftas laukiem, kas atrodas veidojumu izliektos līkumos (8. att.).TZemes dzīļu temperatūra ir viens no galvenajiem faktoriem, kas kontrolē daudzu minerālu uzkrāšanās veidošanos. Tādējādi dažāda fāzu sastāva ogļūdeņražu uzkrāšanos nosaka rezervuāra temperatūra un spiediens, atkarībā no tā, kādi nogulsnes veidojas pārsvarā vienfāzes (nafta vai gāze), divfāzu (gāzeļļa) vai kritiskā stāvoklī. (gāze-kondensāts).TTādējādi informācija par rezervuāra spiedienu un temperatūru ļauj mērķtiecīgi meklēt naftas un gāzes atradnes.
Notiek ielāde...