Внутрішня будова Землі (ядро, мантія, кора земна). Надра Землі. Внутрішня будова Землі

Внутрішня будова Землі

Нещодавно американський геофізик М. Херндон висловив гіпотезу про те, що в центрі Землі знаходиться природний «ядерний реактор» з урану та плутонію (або торію) діаметром всього 8 км. Ця гіпотеза здатна пояснити інверсію земного магнітного поля, що відбувається кожні 200 000 років. Якщо це припущення підтвердиться, то життя на Землі може завершитися на 2 млрд років раніше, ніж передбачалося, так як і уран, і плутоній згоряють дуже швидко. Їх виснаження призведе до зникнення магнітного поля, що захищає землю від короткохвильового сонячного випромінювання і, як наслідок, до зникнення всіх форм біологічного життя. Цю теорію прокоментував член-кореспондент РАН В.П. Трубіцин: І уран, і торій - дуже важкі елементи, які в процесі диференціації первинної речовини планети можуть опуститися до центру Землі. Але на атомному рівні вони захоплюються з легкими злементами, які виносяться в земну кору, тому всі уранові родовища знаходяться у верхньому шарі кори. Тобто якби і ці елементи були зосереджені у вигляді скупчень, вони могли б опуститися в ядро, але, за уявленнями, що склалися, їх має бути невелика кількість. Таким чином, для того, щоб робити заяви про уранове ядро ​​Землі, необхідно дати більш обґрунтовану оцінку кількості урану, що пішов у залізне ядро. Слід також Будова Землі

Восени 2002 року професор Гарвардського університету А. Дзевонські та його студент М. Ісії на підставі аналізу даних від більш ніж 300 000 сейсмічних явищ, зібраних за 30 років, запропонували нову модель, згідно з якою в межах внутрішнього ядра лежить так зване «внутрішнє» ядро , Що має близько 600 км у поперечнику: Його наявність може бути доказом існування двох етапів розвитку внутрішнього ядра. Для підтвердження подібної гіпотези необхідно розмістити по всій земній кулі ще більше сейсмографів, щоб провести більш детальне виділення анізотропії (залежність фізичних властивостей речовини від напрямку всередині нього), яка характеризує самий центр Землі.

Індивідуальне обличчя планети, подібно до вигляду живої істоти, багато в чому визначається внутрішніми факторами, що виникають у її глибоких надрах. Вивчати ці надра дуже важко, оскільки матеріали, у тому числі складається Земля, непрозорі і щільні, тому обсяг прямих даних про речовині глибинних зон дуже обмежений. До них належать: так званий мінеральний агрегат (великі складові породи) з природної надглибокої свердловини - кімберлітової трубкив Літото ( Південна Африка), що розглядається як представник порід, що залягають на глибині близько 250 км, а також керн (циліндрична колонка гірської породи), піднятий з глибокої у світі свердловини (12 262 м) на Кольському півострові. Дослідження надглибин планети цим не обмежується. У роки ХХ століття наукове континентальне буріння вироблялося біля Азербайджану - Сааблинская свердловина (8 324 м). А в Баварії на початку 90-х років минулого століття було закладено надглибоку свердловину КТБ-Оберпфальц розміром понад 9 000 м.

Існує багато дотепних та цікавих методів вивчення нашої планети, але основна інформація про її внутрішню будову отримана в результаті досліджень сейсмічних хвиль, що виникають при землетрусах та потужних вибухах. Щогодини у різних точках Землі реєструється близько 10 коливань земної поверхні. При цьому виникають сейсмічні хвилі двох типів: поздовжні та поперечні. У твердій речовині можуть поширитися обидва типи хвиль, а ось у рідинах - лише поздовжні. Зміщення земної поверхні реєструються сейсмографами, встановленими по всій земній кулі. Спостереження швидкості, з якої хвилі проходять крізь землю, дозволяють геофізикам визначити щільність і твердість порід на глибинах, недоступних прямим дослідженням. Зіставлення щільностей, відомих за сейсмічними даними та отриманими в ході лабораторних експериментів з гірськими породами (де моделюються температура і тиск, що відповідають певній глибині 3емлі), дозволяє зробити висновок про речовинний склад земних надр. Нові дані геофізики та експерименти, пов'язані з дослідженням структурних перетворень мінералів, дозволили змоделювати багато особливостей будови, складу та процесів, що відбуваються у глибинах Землі.

Ще в XVII столітті дивовижний збіг обрисів берегових ліній західного узбережжя Африки та східного узбережжя Південної Америкинаводило деяких учених на думку, що континенти «гуляють» планетою. Але тільки через три століття, в 1912 році, німецький метеоролог Альфред Лотар Вегенер докладно виклав свою гіпотезу континентального дрейфу, згідно з якою відносне становище континентів змінювалося протягом історії 3емлі. Одночасно він висунув безліч аргументів на користь того, що в минулому континенти були зібрані разом. Крім подібності берегових ліній їм було виявлено відповідність геологічних структур, безперервність реліктових гірських хребтів і тотожність викопних залишків різних континентах. Професор Вегенер активно обстоював ідею про існування в минулому єдиного суперконтиненту Пангея, його розкол і подальший дрейф континентів, що утворилися в різні сторони. Але ця незвичайна теорія не була сприйнята всерйоз, тому що з точки зору того часу здавалося абсолютно незбагненним, щоб гігантські континентимогли самостійно переміщатися планетою. До того ж сам Вегенер не зміг надати відповідного «механізму», здатного рухати континенти.

Відродження ідей цього вченого відбулося внаслідок досліджень дна океанів. Справа в тому, що зовнішній рельєф континентальної кори добре відомий, а ось океанське дно, протягом багатьох століть надійно вкрите багатокілометровою товщею води, залишалося недоступним для вивчення і служило невичерпним джерелом різноманітних легенд і міфів. Важливим крокомвперед у вивченні його рельєфу з'явився винахід прецизійного ехолота, за допомогою якого стало можливим безперервно вимірювати та реєструвати глибину дна по лінії руху судна. Одним із разючих результатів інтенсивного дослідження дна океанів стали нові дані про його топографію. Сьогодні топографію океанського дна легше картувати завдяки супутникам, які дуже точно вимірюють «висоти» морської поверхні: її точно відображають відмінності рівня моря від місця до місця. Замість плоского, позбавленого якихось особливих прикмет, прикритого мулом дна виявилися глибокі рови та круті урвища, гігантські гірські хребти та найбільші вулкани. Особливо виразно виділяється на картах Серединно-Атлантичний гірський хребет, що розтинає Атлантичний океан точно посередині.

Виявилося, що дно океану старіє в міру віддалення від серединно-океанічного хребта, розповзаючись від його центральної зони зі швидкістю кілька сантиметрів на рік. Дія цього процесу можна пояснити подібність обрисів континентальних околиць, якщо припускати, що між частинами континенту, що розколовся, утворюється новий океанічний хребет, а океанічне дно, що нарощується симетрично з обох сторін, формує новий океан. Атлантичний океан, серед якого лежить Серединно-Атлантичний хребет, мабуть, виник саме в такий спосіб. Але якщо площа морського дна збільшується, а Земля не розширюється, щось у глобальній корі має руйнуватися, щоб компенсувати цей процес. Саме це відбувається на околицях більшої частини Тихого океану. 3десь літосферні плити зближуються, і одна з плит, що зіштовхуються, занурюється під іншу і йде глибоко всередину Землі. Такі ділянки зіткнення відзначаються активними вулканами, які простяглися вздовж берегів Тихого океану, утворюючи так зване вогняне кільце.

Безпосереднє буріння морського дна та визначення віку піднятих порід підтвердили результати палеомагнітних досліджень. Ці факти лягли в основу теорії нової глобальної тектоніки, або тектоніки літосферних плит, яка справила справжню революцію в науках про землю і принесла нове уявлення про зовнішні оболонки планети. Головною ідеєю цієї теорії є горизонтальні рухи плит.

Як народжувалась земля

Згідно з сучасними космологічними уявленнями 3емля утворилася разом з іншими планетами близько 4,5 млрд. років тому зі шматків і уламків, що оберталися навколо молодого Сонця. Вона розросталася, захоплюючи речовину, що знаходилася навколо, доки не досягла свого нинішнього розміру. Спочатку процес розростання відбувався дуже бурхливо, і безперервний дощ падаючих тіл мав призвести до її значного нагрівання, оскільки кінетична енергія частинок перетворювалася на тепло. При ударах виникали кратери, причому речовина, що викидається з них, вже не могла подолати силу земного тяжіння і падала назад, і чим більшими були падаючі тіла, тим сильніше розігрівали вони Землю. Енергія падаючих тіл звільнялася вже не на поверхні, а в глибині планети, не встигаючи випромінювати простір. Хоча початкова суміш речовин могла бути однорідною у великому масштабі, розігрів земної маси внаслідок гравітаційного стиску і бомбардування її уламками призвів до розплавлення суміші і рідини, що виникли під дією тяжіння відокремлювалися від твердих частин, що залишилися. Поступовий перерозподіл речовини по глибині відповідно до густини повинен був призвести до її розшарування на окремі оболонки. Більш легкі речовини, багаті кремнієм, відокремлювалися від щільніших, що містять залізо та нікель, і утворювали першу земну кору. Приблизно через мільярд років, коли земля істотно охолодилася, земна кора затверділа, перетворившись на міцну зовнішню оболонку планети. Охолоджуючи, 3емля викидала зі свого ядра безліч різних газів (зазвичай це відбувалося при виверженні вулканів) - легені, такі як водень і гелій, здебільшоговипаровувались у космічний простір, але оскільки сила тяжіння 3емли була досить велика, то утримувала біля своєї поверхні важчі. Вони й склали основу земної атмосфери. Частина водяної пари з атмосфери сконденсувалася, і на землі виникли океани.

Що зараз?

Земля – не найбільша, але й не найменша планета серед своїх сусідів. Екваторіальний радіус її, рівний 6378 км, через відцентрову силу, що створюється добовим обертанням, більше полярного на 21 км. Тиск у центрі Землі становить 3 млн. атм., а щільність речовини – близько 12 г/см3. Маса нашої планети, знайдена шляхом експериментальних вимірювань фізичної постійної тяжіння та прискорення сили тяжіння на екваторі, становить 6*1024 кг, що відповідає середній щільності речовини 5,5 г/см3. Щільність мінералів на поверхні приблизно вдвічі менша за середню щільність, а значить, щільність речовини в центральних областях планети повинна бути вищою за середнє значення. Момент інерції Землі, що залежить від розподілу густини речовини вздовж радіусу, також свідчить про значне збільшення густини речовини від поверхні до центру. З надр Землі постійно виділяється тепловий потік, оскільки тепло може передаватися тільки від гарячого до холодного, то температура в глибині планети повинна бути вищою, ніж на її поверхні. Глибоке буріння показало, що температура з глибиною збільшується приблизно на 20 ° С на кожному кілометрі і змінюється від місця до місця. Якби збільшення температури тривало безперервно, то в самому центрі Землі вона досягла б десятків тисяч градусів, проте геофізичні дослідження показують, що насправді температура тут має становити кілька тисяч градусів.

Товщина Земної кори (зовнішньої оболонки) змінюється від кількох кілометрів (в океанічних областях) до кількох десятків кілометрів (у гірських районах материків). Сфера земної кори дуже невелика, її припадає лише близько 0,5% загальної маси планети. Основний склад кори - це оксиди кремнію, алюмінію, заліза та лужних металів. У складі континентальної кори, що містить під осадовим шаром верхній (гранітний) і нижній (базальтовий), зустрічаються найдавніші породи Землі, вік яких оцінюється більш ніж 3 млрд. років. Океанічна кора під осадовим шаром містить в основному один шар, близький за складом до базальтових. Вік осадового чохла вбирається у 100-150 мільйонів років.

Від нижчої мантії земну кору відокремлює ще загадковий Шар Мохо (названий так на честь сербського сейсмолога Мохоровичича, який відкрив його в 1909 році), в якому швидкість поширення сейсмічних хвиль стрибкоподібно збільшується.

Перед Мантії припадає близько 67% загальної маси планети. Твердий шар верхньої мантії, що поширюється до різних глибин під океанами та континентами, разом із земною корою називають літосферою - найжорсткішою оболонкою Землі. Під нею відмічено шар, де спостерігається деяке зменшення швидкості поширення сейсмічних хвиль, що говорить про своєрідний стан речовини. Цей шар, менш в'язкий і пластичніший по відношенню до вище і нижче шарів, називають астеносферою. Вважається, що речовина мантії знаходиться в безперервному русі, і висловлюється припущення, що відносно глибоких шарах мантії зі зростанням температури і тиску відбувається перехід речовини в більш щільні модифікації. Такий перехід підтверджується експериментальними дослідженнями.

У нижній мантії на глибині 2900 км. різкий стрибоку швидкості поздовжніх хвиль, а й у щільності, а поперечні хвилі тут зникають зовсім, що свідчить про зміну речовинного складу порід. Це зовнішня межа ядра Землі.

Земне ядро ​​відкрито 1936 року. Отримати його зображення було надзвичайно важко через малу кількість сейсмічних хвиль, що досягали його і поверталися до поверхні. Крім того, екстремальні температури та тиск ядра довгий час важко було відтворити в лабораторії. Земне ядро ​​поділяється на 2 окремі області: рідку (ЗОВНІШнє ЯДРО) та тверду (BHУTPEHHE), перехід між ними лежить на глибині 5156 км. Залізо - елемент, що відповідає сейсмічним властивостям ядра і рясно поширений у Всесвіті, щоб у ядрі планети приблизно 35% її маси. За сучасними даними, зовнішнє ядро ​​є обертовими потоками розплавленого заліза і нікелю, добре проводять електрику. Саме з ним пов'язують походження земного магнітного поля, вважаючи, що, електричні струми, що протікає в рідкому ядрі, створюють глобальне магнітне поле. Шар мантії, що знаходиться у дотику до зовнішнього ядра, відчуває його вплив, оскільки температури в ядрі вище, ніж у мантії. Місцями цей шар породжує величезні, спрямовані до Землі тепломассопотоки - плюми.

ВНУТРІШНЕ ТВЕРДЕ ЯДРО не пов'язане з мантією. Вважають, що його твердий стан, незважаючи на високу температуру, забезпечується гігантським тиском у центрі Землі. Висловлюються припущення про те, що в ядрі крім залізонікелевих сплавів повинні бути присутніми й легші елементи, такі як кремній та сірка, а можливо кремній та кисень. Питання стан ядра 3емли досі залишається дискусійним. У міру віддалення від поверхні збільшується стиск, якому піддається речовина. Розрахунки показують, що у земному ядрі тиск може досягати 3 млн. атм. При цьому багато речовин як би металізуються - переходять у металевий стан. Існувала навіть гіпотеза, що ядро ​​Землі складається із металевого водню.

Щоб зрозуміти яким чином геологи створили модель будови Землі, треба знати основні властивості та їх параметри, що характеризують усі частини Землі. До таких властивостей (або характеристик) належать:

1. Фізичні - щільність, пружні магнітні властивості, тиск та температура.

2. Хімічні - хімічний склад та хімічні сполуки, розподіл хімічних елементівв землі.

Виходячи з цього, визначається вибір методів дослідження складу та будови Землі. Коротко розглянемо їх.

Насамперед, відзначимо, що це методи поділяються на:

· Прямі - спираються на безпосереднє вивчення мінералів і гірських порід та їх розміщення в товщах Землі;

· Непрямі - засновані на вивченні фізичних та хімічних параметрів мінералів, порід та товщ за допомогою приладів.

Прямими способами ми можемо вивчити лише верхню частину Землі, т.к. найглибша свердловина (Кольська) досягла 12 км. Про глибші частини можна судити з вулканічним виверженням.

Глибинна внутрішня будова Землі вивчається непрямими методами, переважно комплексом геофізичних методів. Розглянемо основні їх.

1.Сейсмічний метод(грец. сейсмос - трясіння) - спирається явище виникнення та поширення пружних коливань (чи сейсмічних хвиль) у різних середовищах. Пружні коливання виникають Землі при землетрусах, падіннях метеоритів чи вибухах і починають поширюватися з різною швидкістю від осередку їх виникнення (осередку землетрусу) до Землі. Виділяють два типи сейсмічних хвиль:

1-подовжні P-хвилі (найшвидші), проходять через всі середовища - тверді та рідкі;

2-поперечні S-хвилі, повільніші і проходять лише через тверді середовища.

Сейсмічні хвилі при землетрусах з'являються на глибинах від 10 км до 700 км. Швидкість сейсмічних хвиль залежить від пружних властивостей та густини гірських порід, які вони перетинають. Досягаючи поверхні Землі, вони ніби просвічують її і дають уявлення про те середовище, яке перетнули. Зміна швидкостей дає уявлення про неоднорідність та розшарування Землі. Крім зміни швидкостей, сейсмічні хвилі зазнають заломлення, проходячи через неоднорідні шари або відбиття від поверхні, що розділяє шари.

2.Гравіметричний методзаснований на вивченні прискорення сили тяжіння Dg, яке залежить не тільки від географічної широти, а й від щільності речовини Землі. З вивчення цього параметра встановлено неоднорідність у розподілі щільності у різних частинах Землі.

3.Магнітометричний метод- ґрунтується на вивченні магнітних властивостей речовини Землі. Численні виміри показали, що різні гірські породи відрізняються одна від одної за магнітними властивостями. Це призводить до утворення ділянок з неоднорідними магнітними властивостями, які дозволяють будувати висновки про будову Землі.

Зіставляючи всі показники, вчені створили модель будівлі Землі, у якій виділяють три основні області (або геосфери):

1-земна кора, 2-мантія Землі, 3-ядро Землі.

Кожна їх у свою чергу поділяється на зони або шари. Розглянемо їх та основні параметри підсумовуємо у таблиці.

1.Земна кора(Шар А) - це верхня оболонка Землі, її потужність коливається від 6-7км до 75км.

2.Мантія Земліпідрозділяється на верхню (з шарами: і С) і нижню (шар D).

3. Ядро - підрозділяється на зовнішнє (шар Е) та внутрішнє (шар G), між якими розташовується перехідна зона - шар F.

Кордоном між земною корою та мантієює розділ Мохоровичича, між мантією та ядромтакож різка межа-розділ Гуттенберга.

З таблиці видно, що швидкість поздовжніх і поперечних хвиль зростає від поверхні до глибших сфер Землі.

Особливістю верхньої мантії є наявність зони, де різко падає швидкість поперечних хвиль до 0.2-0.3 км/сек. Це тим, що з твердим станом, мантія частково представлена ​​розплавом. Цей шар знижених швидкостей називають астеносферою. Його потужність 200–300 км, глибина 100–200 км.

На межі мантії та ядра відбувається різке зниження швидкості поздовжніх хвиль та згасання швидкості поперечних хвиль. З цього зроблено припущення, що зовнішнє ядро ​​перебуває у стані розплаву.

Середні значення щільності геосфер показують її зростання до ядра.

Про хімічний склад Землі та її геосфер дають уявлення:

1- хімічний склад земної кори,

2 – хімічний склад метеоритів.

Хімічний склад земної кори вивчений досить детально - відомий її валовий хімічний склад та роль хімічних елементів у мінерало- та породоутворенні. Складніше справа з вивченням хімічного складу мантії та ядра. Прямими методами ми цього поки що зробити не можемо. Тому застосовують порівняльний підхід. Вихідним положенням є припущення про протопланетну подібність між складом метеоритів, що впали на землю, та внутрішніх геосфер Землі.

Усі метеорити, що потрапили на Землю, за складом поділяються на типи:

1-залізні, складаються з Ni та 90% Fe;

2-залізокам'яні (сидероліти) складаються з Fe і силікатів,

3-кам'яні, що складаються з Fe-Mg силікатів та включень нікелістого заліза.

З аналізу метеоритів, експериментальних досліджень, і теоретичних розрахунків вчені припускають (по таблиці), що хімічний склад ядра - це нікелісте залізо. Щоправда, у Останніми рокамивисловлюється думка, що крім Fe-Ni у ядрі може бути домішки S, Si чи Про. Для мантії хімічний спектр визначається Fe-Mg силікатами, тобто. своєрідний олівіно-піроксеновий піролітстановить нижню мантію, а верхню - породи ультраосновного складу.

Хімічний склад земної кори включає максимальний спектр хімічних елементів, який виявляється у різноманітті мінеральних видів, відомих на сьогодні. Кількісне співвідношення між хімічними елементами досить велике. Порівняння найпоширеніших елементів у земній корі та мантії показує, що провідну роль грають Si, Al та О 2 .

Отже, розглянувши основні фізичні і хімічні характеристики Землі, бачимо, що й значення неоднакові, розподіляються зонально. Тим самим, даючи уявлення про неоднорідну будову Землі.

Будова Земної кори

Розглянуті нами раніше типи гірських порід - магматичні, осадові та метаморфічні беруть участь у будові земної кори. За своїми фізико-хімічними параметрами всі породи земної кори групуються в три великі шари. Знизу вгору це: 1-базальтовий, 2-граніто-гнейсовий, 3-осадовий. Ці шари у земній корі розміщені нерівномірно. Насамперед, це виявляється у коливаннях потужності кожного шару. Крім того, не у всіх частинах спостерігається повний набір шарів. Тому більш детальне вивчення дозволило за складом, будовою та потужністю виділити чотири типи земної кори: 1-континентальний, 2-океанський, 3-субконтинентальний, 4-субокеанський.

1. Континентальний тип- має потужність 35-40 км до 55-75 км у гірських спорудах, містить у своєму складі всі три шари. Базальтовий шар складається з порід типу габро та метаморфічних порід амфіболітової та гранулітової фацій. Називається він так тому, що за фізичними параметрами він близький до базальтів. Гранітний шар за складом - це гнейси та граніто-гнейси.

2.Океанський тип- різко відрізняється від континентальної потужністю (5-20 км, середня 6-7 км) та відсутністю граніто-гнейсового шару. У його будові беруть участь два шари: перший шар осадовий, малопотужний (до 1 км), другий - базальтовий. Деякі вчені виділяють третій прошарок, який є продовженням другого, тобто. має базальтовий склад, але складений ультраосновними породами мантії, що зазнали серпентинізації.

3.Субконтинентальний тип- включає всі три шари і цим близький до континентального. Але відрізняється меншою потужністю та складом гранітного шару (менше гнейсів і більше вулканічних порід кислого складу). Цей тип зустрічається межі континентів і океанів з інтенсивним проявом вулканізму.

4. Субокеанський тип- Розташовується в глибоких прогинах земної кори (внутрішньоконтинентальні моря типу Чорного та Середземного). Від океанського типу відрізняється більшою потужністю осадового шару до 20-25 км.

Проблема формування земної кори.

По Виноградову- процес формування земної кори відбувався за принципом зонної плавки. Суть процесу: речовина Протоземлі, близька до метеоритного, в результаті радіоактивного прогріву розплавлялося і легша силікатна частина піднімалася до поверхні, а Fe-Ni концентрувалася в ядрі. Отже, відбувалося формування геосфер.

Слід зазначити, що земна кора і тверда частина верхньої мантії поєднуються в літосферу, нижче за яку розташовується астеносфера.

Тектоносфера- це літосфера та частина верхньої мантії до глибин 700км (тобто до глибини найглибших вогнищ землетрусів). Названо так тому, що тут відбуваються основні тектонічні процеси, що визначають перебудову цієї геосфери.

Основним об'єктом вивчення геології є земна кора, зовнішня тверда оболонка Землі, що має найважливіше значення для життя і діяльності. При дослідженнях складу, будови та історії розвитку Землі та земної кори, зокрема, геологи використовують: спостереження; досвід або експеримент, що включає різні як власні, так і застосовувані в інших природничих наукахметоди досліджень, наприклад, фізико-хімічні, біологічні та ін; моделювання; метод аналогій; теоретичний аналіз; логічні побудови (гіпотези) тощо.

У даному розділірозглядається питання походження Землі, її форма та будова, склад, історія розвитку земної кори (геохронологія); тектонічні рухи земної кори, форми поверхні (рельєф)

ПОХОДЖЕННЯ, ФОРМА І БУДОВА ЗЕМЛІ ПОХОДЖЕННЯ ЗЕМЛІ

Сонячна система складається із небесних тіл. До неї входять: Сонце, дев'ять великих планет, У тому числі Земля, і десятки тисяч малих планет, комет і безліч метеорних тіл. Сонячна система - складний і різноманітний світ, далеко ще не вивчений.

Питання походження Землі - найважливіше питання природознавства. Понад 100 років користувалася визнанням гіпотеза Канта - Лапласа, згідно з якою Сонячна система утворилася з величезної розпеченої газоподібної туманності, що обертала-

ся навколо осі, а Земля спочатку була в рідкому стані, а потім стала твердим тілом.

Подальший розвиток науки показав неспроможність цієї гіпотези. У 40-х роках XX ст. акад. О.Ю. Шмідт висунув нову гіпотезу походження планет Сонячної системи, у тому числі і Землі, згідно з якою Сонце на своєму шляху перетнуло і захопило одне з пилових скупчень Галактики, тому планети утворилися не з розпечених газів, а з пилоподібних частинок, що обертаються навколо Сонця. У цьому скупченні згодом виникли ущільнені згустки матерії, що дали початок планетам.

Земля, за О.Ю. Шмідт, спочатку була холодною. Розігрів її надр почався, коли вона досягла великих розмірів. Це сталося за рахунок виділення теплоти в результаті розпаду радіоактивних речовин, що є в ній. Надра Землі набули пластичного стану, щільніші речовини зосередилися ближче до центру планети, легші біля її периферії. Відбулося розшарування Землі окремі оболонки. За гіпотезою О.Ю. Шмідта, розшарування продовжується до теперішнього часу. На думку ряду вчених, саме це є основною причиною рухів у земній корі, тобто причиною тектонічних процесів.

Заслуговує на увагу гіпотеза В.Г. Фесенкова, який вважає, що у надрах зірок, зокрема й Сонця, протікають ядерні процеси. В один із періодів це призвело до швидкого стиску та збільшення швидкості обертання Сонця. При цьому утворився довгий виступ, який потім відірвався та розпався на окремі планети. Огляд гіпотез про походження Землі та найімовірніша схема її походження детально розглянута у книзі І.І. Потапова «Геологія та екологія сьогодні» (1999).

КОРОТКИЙ НАЧОР ГЛОБАЛЬНОЇ ЕВОЛЮЦІЇ ЗЕМЛІ

Походження планет Сонячної системи та його еволюція активно вивчалися у XX в. у фундаментальних роботах О.Ю. Шмідта, В.С. Сафронова, X. Аль-вена та Г. Арреніуса, А.В. Вітязєва, А. Гінгвуда, В.Є. Хайна, О.Г. Сорохтіна, С.А. Уманова, Л.М. Наймарк, В. Ельзассера, Н.А. Божко, А. Сміта, Дж. Юрай-дена та ін. Відповідно до сучасних космологічних уявлень, закладених О.Ю. Шмідтом, Земля і Місяць, так само як і інші планети Сонячної системи, утворилися за рахунок акреції (злипання та подальшого зростання) твердих частинок газопилової протопланетної хмари. На першому етапі зростання Землі йшло в режимі акреції, що прискорюється, але в міру вичерпання запасів твердої речовини в навколоземному рої планетезималей протопланетної хмари це зростання поступово сповільнилося. Процес акреції Землі супроводжувався виділенням колосальної кількості гравітаційної енергії, приблизно 23,3 10 й ерг. Така кількість енергії здатна була не тільки розплавити речовину, але навіть розчинити її, але більша частина цієї енергії виділялася в приповерхневій частині Протоземлі і губилася у вигляді теплового випромінювання. На те, щоб Земля сформувалася на 99% її сучасної маси, знадобилося 100 млн років.

На першому етапі молода Земля відразу ж після утворення була відносно холодним тілом, і температура її надр не перевищувала температури плавлення земної речовини, тому що при формуванні планети відбувався не тільки нагрівання за рахунок падаючих планетезималей, а й остигання за рахунок теплових втрат навколишній простір, ще, Земля мала однорідний склад. Подальша еволюція Землі зумовлена ​​її складом, теплозапасом та історією взаємодії з Місяцем. Вплив складу позначається насамперед через енергію розпаду радіоактивних елементів та гравітаційну диференціацію земної речовини.

До формування планетної системи зірка Сонце була практично класичним червоним гігантом. Зірки цього у результаті внутрішніх ядерних реакцій водневого горіння формують більш важкі хімічні елементи із величезної кількості енергії і виникненням сильного світлового тиску з поверхні газоподібну атмосферу. Внаслідок комбінаційного впливу цього тиску та величезного тяжіння атмосфера зірки відчувала поперемінний стиск та розширення. Цей процес за умов динамічного збільшення маси газової оболонки продовжувався до того часу, поки результаті резонансу зовнішня газова оболонка, відірвавшись від Сонця, перетворилася на планетарну туманність.

Під впливом силового магнітного поля зірки іонізована речовина планетарної туманності зазнала електромагнітної сепарації складових його хімічних елементів. Поступова втрата теплової енергії та електричних зарядів газів призвела до їх злипання. При цьому під впливом магнітного поля зірки забезпечувалася ефективна передача моменту обертання до планетезімалів, що утворилися в результаті акреції, які послужили початком формування всіх планет Сонячної системи. При втраті заряду іонізованими хімічними елементами останні перетворювалися на молекули, що реагували один з одним, утворюючи найпростіші хімічні сполуки: гідриди, карбіди, оксиди, ціаніди, сульфіди та хлориди заліза та ін.

Процес поступового ущільнення, розігрівання та подальшої диференціації речовини в планетах, що утворилися, відбувався із захопленням частинок з навколишнього простору. У центрі протопланети, що формується, концентрувалися метали за рахунок гравітаційного поділу речовини. Навколо цієї зони збиралися карбіди заліза та нікелю, сірчисте залізо та оксиди заліза. Таким чином утворилося зовнішнє рідке ядро, яке у своїй оболонці містило гідриди та оксиди кремнію та алюмінію, воду, метан, водень, оксиди магнію, калію, натрію, кальцію та інші сполуки. При цьому відбувалася зонна плавка оболонки, що утворилася, і скорочення поверхні і зменшення обсягу планети. Наступними етапами було формування мантії, протокори та виплавлення астеносфери. Протокора дробилася за рахунок згаданого вище скорочення обсягу та поверхні. За рахунок цього на поверхню виливались базальти, які після остигання знову занурювалися в глибинну частину мантії та піддавалися наступній переплавці; потім частина базальтової кори поступово трансформувалася на гранітну.

Поверхневі шари Землі на етапі формування складалися з дрібнопористого реголіту, який активно пов'язував воду і вуглекислий газ, що виділялися, за рахунок свого ультраосновного складу. Загальний теплозапас Землі та розподіл температури у її надрах визначалися швидкістю зростання планети. Загалом, на відміну від Місяця, Земля ніколи не плавилася повністю, а формування земного ядра розтягнувся приблизно на 4 млрд років.

Приблизно 600 млн. років тривало стан холодної та тектонічно пасивної Землі. У цей час повільно розігрівалися надра планети і приблизно 4 млрд. років тому на Землі виявилася активна гранітизація і сформувалася астеносфера. При цьому Місяць як найпотужніший супутник «вичищав» з навколоземного простору всі менші супутники і мікромісяці, які там були,

а на Місяці стався спалах базальтового магматизму, що збіглося з початком тектонічної активності на Землі (період тривав від 4,0 до 3,6 млрд років тому). В цей же момент у надрах Землі порушується процес гравітаційної диференціації земної речовини - головного процесу, що підтримував тектонічну активність Землі в усі наступні геологічні епохи і призвело до виділення та зростання щільного оксидно-залізного земного ядра.

Так як у криптотектонічну епоху (катархеї) земна речовина ніколи не плавилася, то не могли розвиватися процеси дегазації Землі, тому перші 600 млн. років існування Землі на її поверхні повністю була відсутня гідросфера, а атмосфера була виключно розрядженою і складалася з благородних газів. У цей час рельєф Землі був згладженим, що складався з темно-сірого реголіту. Все висвітлювалося жовтим слабогріючим Сонцем (світність була на 30% меншою за сучасну) і непомірно великим без плям диском Місяця (вона приблизно в 300-350 разів перевищувала сучасну видиму площу диска Місяця). Місяць був ще гарячою планетою і міг обігрівати Землю. Стрімким був рух Сонця - всього за 3 год воно перетинало небосхил, щоб через 3 год знову зійти зі сходу. Набагато повільніше рухався Місяць, тому що він швидко обертався навколо Землі в той же бік, так що і фази Місяця проходили всі стадії за 8-10 год. Місяць звертався навколо Землі по орбіті з радіусом 14-25 тис. км (зараз радіус 384 4 тис. Км). Інтенсивні припливні деформації Землі викликали вслід руху Місяця безперервну (через кожні 18-20 год) низку землетрусів. Амплітуда місячних припливів складала 1,5 км.

Поступово, приблизно через мільйон років після утворення, за рахунок відштовхування місячні припливи знизилися до 130 м, ще через 10 млн років до 25 м, а через 100 млн років - до 15 м, до кінця катархею - до 7 м, а зараз в підмісячній точці сучасні припливи твердої Землі становлять 45 см. Припливні землетруси на той час були виключно екзогенного характеру, оскільки ніякої тектонічної діяльності ще не було. В археї на самому початку диференціація земної речовини відбувалася шляхом виплавлення з нього металевого заліза на рівні верхньої мантії. У зв'язку з виключно високою в'язкістю холодної серцевини молодої Землі гравітаційна нестійкість, що виникла, могла бути компенсована шляхом вичавлювання цієї серцевини до земної поверхні і затікання на її місце виділилися раніше важких розплавів, тобто шляхом формування у Землі щільного ядра. Цей процес завершився до кінця архею близько 2,7-2,6 млрд років тому; У цей час всі оброблені раніше континентальні масиви стрімко почали рухатися до одного з полюсів і об'єдналися в перший на планеті суперконтинент Моногею. Ландшафти Землі змінилися, контрастність рельєфу вбирається у 1-2 км, все зниження рельєфу поступово заповнювалися водою й у пізньому археї утворився мілководний (до 1 км) єдиний Світовий океан.

На початку архею Місяць відійшов від Землі на 160 тис. км. Земля оберталася навколо своєї осі з великою швидкістю (у році було 890 діб, а доба тривала 9,9 год). Місячні припливи амплітудою до 360 см деформували поверхню Землі кожні 5,2 год; до кінця архея обертання Землі істотно сповільнилося (у році стало 490 діб по 19 год), а Місяць перестав впливати на тектонічну активність Землі. Атмосфера в археї поповнилася азотом, вуглекислим газом та парами води, але кисень був відсутній, оскільки він миттєво зв'язувався вільним (металевим) залізом мантійної речовини, що постійно піднімалася через рифтові зони до Землі.

У протерозої за рахунок перерозподілу конвективних рухів під суперконтинентом Моногею висхідний потік призвів до його розпаду (приблизно 2,4-3,3 млрд років тому). Після формування і дроблення суперконтинентів Мегагеї, Мезогеї і Пангеї проходили з утворенням найскладніших тектонічних структурі тривали аж до кембрію та ордовика (вже в палеозої). На той час маса води лежить на поверхні Землі настільки

великий, що вже виявилося у формуванні глибоководнішого Світового океану. Океанська кора зазнала гідратації і цей процес супроводжувався посиленням поглинання вуглекислого газу з утворенням карбонатів. Атмосфера продовжувала залишатися збідненою киснем за рахунок тривалого зв'язування його залізом, що виділявся. Цей процес завершився лише до початку фане-розою, і з того часу земна атмосфера стала активно насичуватися киснем, поступово наближаючись до її сучасного складу.

У цій новій ситуації відбулася різка активізація життєвих форм, обмін речовин яких був побудований на реакціях зворотного окиснення органічних речовин, що синтезуються рослинами. Так з'явилися організми царства тварин, але це вже до кінця кембрійського періоду, у фанерозої, і це призвело до виникнення всіх типів скелетних і безскелетних тварин, що позначилися на багатьох геологічних процесах у поверховій зоні Землі у наступні геологічні епохи. Геологічна еволюція фанерозою вивчена набагато докладніше, ніж інші епохи, і можна коротко описати її в такий спосіб. У цей найближчий нам час, як було виявлено, відбувалися трансгресії та регресії океану, глобальні зміни клімату, зокрема чергування льодовикових і практично безльодовикових періодів, до речі, першим, як передбачається, на Землі було Гуронське заледеніння в протерозої.

Процеси трансгресій і регресій океану при потужному розвитку життєвих форм, активна еродувальна діяльність льодовиків і ерозійна діяльність льодовикових вод привели до значної переробки порід, що складали поверхневу зону земної кори, накопичення теригенного матеріалу на океанському дні, седиментаційного процесу накопичення басейни.

Просторове розташування материків і океанів поступово змінювалося і було дуже різним щодо екватора: поперемінно, то північне, то Південна півкулябуло континентальним чи океанічним. Клімат також неодноразово змінювався, перебуваючи в тісного зв'язкуз епохами заледенінь та міжльодовикових. Активно від палеозою до кайнозою (і в ньому) відбувалися зміни глибин, температури та складу вод Світового океану; розвиток життєвих форм призвело до виходу їх із водного середовища та поступового освоєння суші, а також еволюції життєвих форм аж до відомих. На підставі аналізу геологічної історії фанерозою слід висновок, що всі головні рубежі (розподіл геохронологічної шкали на ери, періоди та епохи) значною мірою зумовлені зіткненнями та розколами материків у процесі глобального переміщення «ансамблю» літосферних плит.

ФОРМА ЗЕМЛІ

Форма Землі зазвичай називається земною кулею. Встановлено, що маса Землі дорівнює 5976 10 21 кг, об'єм 1083 10 12 км 3 . Середній радіус 6371,2 км, середня щільність 5,518 кг/м 3 середнє прискорення сили тяжіння 9,81 м/с 2 . Форма Землі близька до тривісного еліпсоїда обертання з полярним стиском: у Землі полярний радіус 6356,78 км, а екваторіальний 6378,16 км. Довжина земного меридіана становить 40 008,548 км, довжина екватора 40 075,704 км. Полярний стиск (або «сплюснутість») обумовлена ​​обертанням Землі навколо полярної осі і величина цього стиску пов'язана зі швидкістю обертання Землі. Іноді форму Землі називають сфероїдом, але для Землі є і

власне найменування форми, саме геоїд. Справа в тому, що земна поверхня мінлива і значна по висоті; є найвищі гірські системи більш ніж 8000 м (наприклад, гора Еверест - 8842 м) і глибокі океанічні западини більш ніж

11 000 м (Маріанська западина – 11 022 м). Геоїд поза континентами збігається з непорушеною поверхнею Світового океану, на континентах поверхня геоїду розрахована за гравіметричними дослідженнями та за допомогою спостережень з космосу.

Земля має складноорганізоване магнітним полем, яке можна описати як поле, створюване намагніченою кулею або магнітним диполем.

Поверхня земної кулі на 70,8% (361,1 млн км 2 ) зайнята поверхневими водами (океанами, морями, озерами, водосховищами, річками тощо). Суша становить 29,2% (148,9 млн км 2 ).

БУДОВА ЗЕМЛІ

У загальному вигляді, як встановлено сучасними геофізичними дослідженнями на підставі, зокрема, оцінок швидкостей поширення сейсмічних хвиль, вивчення щільності земної речовини, маси Землі, результатів космічних експериментів щодо визначення розподілу повітряного та водного просторів та іншими даними, Земля складена як би кількома концентричними оболонками : зовнішніми -атмосфера (газова оболонка), гідросфера (водна оболонка), біосфера (область поширення живої речовини, за В.І. Вернадським) та внутрішніми,які називають власне геосферами (ядро, мантія та літосфера) (рис. 1).

Безпосередньому спостереженню доступні атмосфера, гідросфера, біосфера та верхня частина земної кори. З допомогою свердловин людині вдається вивчати глибини переважно до 8 км. Проходження надглибоких свердловин здійснюється в наукових цілях у нашій країні, США та Канаді (у Росії на Кольській надглибокій свердловині досягнуто глибини більш

12 км, що дозволило відібрати зразки гірських порід для безпосереднього вивчення). Основною метою надглибокого буріння є досягнення глибинних шарів земної кори - меж "гранітного" і "базальтового" шарів або верхніх меж мантії. Будова глибших надр Землі вивчається геофізичними методами, у тому числі найбільше значеннямають сейсмічні та гравіметричні. Вивчення речовини, піднятого з меж мантії, має внести ясність у проблему будови Землі. Особливий інтерес представляє мантія, оскільки

Мал. 1. Схематичне зображення будови Землі (а)та земної кори (б):

Л- ядро; В у С -мантія; Про -земна кора; Е -атмосфера (за М. Васічем); 1 - покривні відкладення; 2 - Гранітоподібний шар; 3 - базальтовий шар; 4-верхня мантія; 5-мантія

земна кора з усіма корисними копалинами утворилася зрештою з її речовини.

Атмосфераза розподіленою у ній температурі знизу вгору підрозділяється на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу та екзосферу. Тропосферастановить близько 80 % усієї маси атмосфери і досягає висоти 16-18 км в екваторіальній частині та

8-10 км у полярних областях. Стратосфера простягається до висоти 55 км. верхнього кордонушар озону. Далі йдуть до висоти 80 км. мезосфера, до 800-1000 км. термосфера і вище розташовується екзосфера (сфера розсіювання), що становить не більше 0,5 % маси земної атмосфери. Усклад атмосфери входять азот (78,1 %), кисень (21,3 %), аргон (1,28 %), вуглекислота (0,04 %) та інші гази та майже вся водяна пара. Вміст озону (0 3) дорівнює 3,1 10 15 г, а кисню (0 2) 1,192 10 2! р. З віддаленням від Землі температура атмосфери різко знижується і висоті 10-12 км вона становить близько -50 °З. УУ тропосфері відбувається утворення хмар і зосереджуються теплові рухи повітря. У поверхні Землі найбільш висока температура була відзначена в Лівії (+58 ° С в тіні), на території колишнього СРСРу районі м. Термез (+50 °С у тіні).

Найбільш низька температуразафіксована в Антарктиді (-87 ° С), а на території Росії – в Якутії (-71 ° С).

Стратосфера -наступний над тропосферою шар. Присутність озону в цьому атмосферному шарі зумовлює підвищення температури в ньому до +50 °С, але на висоті 8-90 км температура знову знижується до -60...-90 °С.

Середній тиск повітря лише на рівні моря дорівнює 1,0132 бар (760 мм рт. ст.), а щільність 1,3 10 3 г/см. Уатмосфері та її хмарному покриві поглинається 18% випромінювання Сонця. Внаслідок радіаційного балансу системи «Земля-атмосфера» середня температура на поверхні Землі позитивна (+15 °С), хоча її коливання в різних кліматичних зонах можуть досягати 150 °С.

Гідросфера- водна оболонка, яка відіграє велику роль у геологічних процесах Землі. Уїї склад входять усі води Землі (океани, моря, річки, озера, материкові льоди тощо). Гідросфера не утворює суцільного шару та покриває земну поверхню на 70,8 %. Середня потужність її близько 3,8 км, найбільша - понад 11 км (11 022 м - Маріанська западина в Тихому океані).

Гідросфера Землі значно молодша за саму планету. На перших етапах свого існування поверхня Землі була повністю безводною, та й в атмосфері водяної пари практично не було. Утворення гідросфери обумовлено процесами відокремлення води з речовини мантії. Гідросфера нині становить нерозривну єдність з літосферою, атмосферою та біосферою. Саме для останньої - біосфери - дуже важливе значення мають унікальні властивості води як хімічної сполуки, наприклад, зміни в об'ємі при переході води з одного фазового стану до іншого (при замерзанні,

при випаровуванні); висока розчинна здатність по відношенню до майже всіх сполук на Землі.

Саме наявність води за своєю суттю забезпечує існування життя на Землі у відомій нам формі. З води, як простого з'єднання, і вуглекислоти рослини здатні під впливом сонячної енергії та у присутності хлорофілу утворювати складні органічні сполукищо власне і є процесом фотосинтезу. Вода Землі розподілена нерівномірно, більшість її зосереджена лежить на поверхні. По відношенню до обсягу земної кулі загальний обсяг гідросфери не перевищує 0,13%. Основну частину гідросфери становить Світовий океан (94 %), площа якого 361 059 км 2 , а загальний обсяг-1370 млн км 3 . У континентальній земній корі 4,42 10 23 р води, в океанічній -3,61 10 23 р. У табл. 1 наведено розподіл води Землі.

Таблиця 1

Об'єм гідросфери та інтенсивність водообміну

^Активному водообміну та використанню можуть бути піддані лише 4000 тис. км 3 підземних вод, розташованих на невеликих глибинах.

Температура води у океані змінюється у залежність від широти місцевості (близькість до полюсів чи екватору), а й від глибини океану. Найбільшою мінливістю температур відрізняється поверхневий шар до глибини 150 м. Найвища температура води у верхньому шарі відзначена в Перській затоці (+35,6 ° С), а найнижча – у Північній Льодовитому океані(-2,8 ° С).

Хімічний склад гідросфери дуже різноманітний: від дуже прісних до солоних вод, типу розсолів.

Більше 98 % всіх водних ресурсів Землі складають солоні води океанів, морів та деяких озер, ^гтатеці мінера пізпу ян-

ні підземні води. Загальний об'єм прісної водина Землі дорівнює 28,25 млн км 3 , що становить лише близько 2% загального обсягу гідросфери, при цьому найбільша частина прісних вод зосереджена в материкових льодах Антарктиди, Гренландії, полярних островів та високогірних областей. Ця вода нині є малодоступною для практичного використання людиною.

У Світовому океані міститься 1,4-102 діоксиду вуглецю (С02), що майже в 60 разів більше, ніж в атмосфері; кисню в океані розчинено 81018 г або майже в 150 разів менше, ніж в атмосфері. Щорічно річки зносять в океани близько 2,53 10 16 г тери-генного матеріалу з суші, з них майже 2,25 10 16 г припадає на завись, решта - розчинні та органічні речовини.

Солоність (середня) морської водидорівнює 3,5% (35 г/л). У морській воді крім хлоридів, сульфатів та карбонатів містяться також йод, фтор, фосфор, рубідій, цезій, золото та інші елементи. У воді розчинено 0,48 10 23 г солей.

Глибоководні дослідження, проведені останніми роками, дозволили встановити наявність горизонтальних і вертикальних течій, існування форм життя у всій товщі води. Органічний світ моря поділяється на бентос, планктон, нектон та ін. бентосувідносяться організми, що мешкають на грунті та в грунті морських та континентальних водойм. Планктон- Сукупність організмів, що населяють товщу води, не здатних протистояти перенесення течією. Нектон- активно плаваючі, наприклад риби, та інші морські тварини.

В даний час серйозним стає питання про дефіцит прісної води, що є однією зі складових глобальної екологічної кризи, що розвивається. Справа в тому, що прісна вода необхідна не тільки для утилітарних потреб людини (пиття, приготування їжі, умивання тощо), але і для більшості промислових процесів, не кажучи вже про те, що тільки прісна вода придатна для сільськогосподарського виробництва. агротехніки та тваринництва, оскільки переважна більшість рослин та тварин зосереджено на суші і для здійснення своєї життєдіяльності вони використовують виключно прісну воду. Зростання населення Землі (вже зараз на планеті понад 6 млрд осіб) і пов'язаний з цим активний розвиток промисловості та сільськогосподарського виробництва призвели до того, що щорічно людиною споживається 3,5 тис. км3 прісної води, причому безповоротні втрати становлять 150 км3. Та частина гідросфери, яка придатна для водопостачання, становить 4,2 км 3 це всього лише 0,3% обсягу гідросфери. У Росії досить великі запаси прісної води (близько 150 тис. річок, 200 тис. озер, безліч водоймищ і ставків,

значні обсяги підземних вод), проте розподіл цих запасів територією країни далеко нерівномірний.

Гідросфера відіграє у прояві багатьох геологічних процесів, особливо у поверхневої зоні земної кори. З одного боку, під впливом гідросфери відбувається інтенсивне руйнування гірських порід та його переміщення, пере-отложение, з іншого - гідросфера постає як потужний творчий чинник, будучи сутнісно басейном для накопичення у межах значних товщ опадів різного состава.

Біосферазнаходиться в постійній взаємодії з літосферою, гідросферою та атмосферою, що суттєво позначається на складі та будові літосфери.

У цілому нині під біосферою нині розуміють область поширення живого речовини (живі організми відомих науці форм); це складноорганізована оболонка, пов'язана з біохімічними (і геохімічними) циклами міграції речовини, енергії та інформації. Академік В. І. Вернадський до поняття біосфери включає всі структури Землі, генетично пов'язані з живою речовиною; минулою чи сучасною діяльністю живих організмів. Більшість геологічної історії Землі пов'язані з діяльністю живих організмів, особливо у поверхневої частини земної кори, наприклад, це дуже потужні осадові товщі органогенних гірських порід - вапняків, діатомітів та інших. Область поширення біосфери обмежується в атмосфері озоновим шаром (приблизно 18-50 поверхнею планети), вище якого відомі на Землі форми життя неможливі без спеціальних засобів захисту, як це здійснюється при космічних польотах за межі атмосфери та інші планети. У надра Землі досі біосфера поширювалася до глибини Маріанської западини в 11 022 м, проте при бурінні Кольської надглибокої свердловини досягнуто глибина понад 12 км, а це означає, що на цю глибину здійснено проникнення живої речовини.

Внутрішня будова Землі, за сучасними уявленнями, складається з ядра, мантії та літосфери. Межі з-поміж них досить умовні, внаслідок взаємопроникнення як у площі, і по глибині (див. рис. 1).

Земне ядроскладається із зовнішнього (рідкого) та внутрішнього (твердого) ядра. Радіус внутрішнього ядра (так званий шар) приблизно дорівнює 1200-1250 км, перехідний шар (Б) між внутрішнім і зовнішнім ядром має потужність близько 300-400 км, а радіус зовнішнього ядра дорівнює 3450-3500 км (відповідно глибина 287) ). Щільність речовини у зовнішньому ядрі з глибиною збільшується з 9,5 до 12,3 г/см 3 . У центральній частині

внутрішнього ядра густина речовини досягає майже 14 г/см 3 . Усе це свідчить, що маса земного ядра становить до 32 % всієї маси Землі, тоді як обсяг приблизно 16 % обсягу Землі. Сучасні спеціалістивважають, що земне ядро ​​майже на 90 % є залізо з домішкою кисню, сірки, вуглецю і водню, причому внутрішнє ядро ​​має, за сучасними уявленнями, залізо-нікелевий склад, що повністю відповідає складу досліджених метеоритів.

Мантія Земліє силікатною оболонкою між ядром і підошвою літосфери. Маса мантії складає 67,8% загальної маси Землі (О.Г. Сорохтін, 1994). Геофізичними дослідженнями встановлено, що мантія, у свою чергу, може бути поділена (див. рис. 1) на верхню мантію(шар Ддо глибини 400 км), перехідний шар Голіцина(шар С на глибині від 400 до 1000 км) та нижню мантію(шар Уз підошвою на глибині приблизно 2900 км. Під океанами у верхній мантії виділяється шар, у якому мантійна речовина знаходиться у частково розплавленому стані. Дуже важливим елементом у будові мантії є зона, що підстилає підошву літосфери. Фізично вона є поверхнею переходу зверху вниз від охолоджених жорстких порід до частково розплавленої мантійної речовини, що знаходиться в пластичному стані і астеносферу.

За сучасними уявленнями, мантія має ультраосновний склад (піроліту, як суміші 75% перидотиту і 25% толеритового базальту або лерцоліту), у зв'язку з чим її часто називають перидотитовой, або «кам'яної», оболонкою. Зміст радіоактивних елементів у мантії дуже низько. Так було в середньому 10 -8 % 13; 10~ 7 % ТЬ, 10" 6 % 40 К. Мантія нині оцінюється як джерело сейсмічних та вулканічних явищ, гороосвітніх процесів, а також зона реалізації магматизму.

Земна кораявляє собою верхній шар Землі, який має нижню межу, або підошву, за сейсмічними даними, за шаром Мохоровичіча, де відмічено стрибкоподібне збільшення швидкостей поширення пружних (сейсмічних) хвиль до 8,2 км/с.

Для інженера-геолога земна кора є основним об'єктом досліджень, Саме на її поверхні та в її надрах зводяться інженерні споруди, тобто здійснюється будівельна діяльність. Зокрема, на вирішення багатьох практичних завдань важливим є з'ясування процесів формування поверхні земної кори, історії цього формування.

У цілому нині поверхню земної кори формується під впливом спрямованих протилежно одне одному процесів:

• ендогенних, що включають тектонічні і магматичні процеси, які ведуть до вертикальних переміщень в земній корі - підняттям і опусканням, тобто створюють «нерівності» рельєфу;
• екзогенних, що викликають денудацію (викладення, вирівнювання) рельєфу за рахунок вивітрювання, ерозії різних видів та гравітаційних сил;
• седиментаційних (осадонакопичення), як «виконують» опадами всі створені при ендогенезі нерівності.

В даний час виділяються два типи земної кори: «базальтова» океанічна та «гранітна» континентальна.

Океанічна корадосить проста за складом і є деяким тришаровим формуванням. Верхній шар, потужність якого коливається від 0,5 км у серединній частині океану до 15 км у глибоководних дельт річок та материкових схилів, де накопичується практично весь теригенний матеріал, у той час як в інших зонах океану осадовий матеріал представлений карбонатними опадами та безкарбонатними червоними глибоководними. глинами. Другий шар складений подушечними лавами базальтів океанічного типу, що підстилається долеритовими дайками того ж складу; загальна потужність цього шару складає 1,5-2 км. Третій шар у верхній частині розрізу представлений шаром габро, який поблизу серединних океанічних хребтів підстилається серпентинітами; загальна потужність третього шару лежить у межах від 4,7 до 5 км.

Середня щільність океанічної кори (без опадів) дорівнює 2,9 г/см 3 її маса - 6,4 10 24 г, обсяг опадів - 323 млн км 3 . Океанічна кора утворюється в рифтових зонах серединно-океанічних хребтів за рахунок виділення базальтових розплавів з астеносферного шару Землі, що відбувається під ними, і виливу толеритових базальтів на океанське дно. Встановлено, що з астеносфери щорічно надходить 12 км 3 базальтів. Всі ці грандіозні тектоно-магматичні процеси супроводжуються підвищеною сейсмічності і не мають собі рівних на континентах.

Континентальна корарізко відрізняється від океанічної за потужністю, будовою та складом. Її потужність змінюється від 20-25 км під острівними дугами та ділянками з перехідним типом кори до 80 км під молодими складчастими поясами Землі, наприклад, під Андами або Альпійсько-Гімалайським поясом. Потужність континентальної кори під стародавніми платформами становить середньому 40 км. Континентальна кора складена трьома шарами, верхній з яких осадовий, а два нижні представлені кристалічними породами. Осадовий шар складений глинистими опадами і карбонатами мілководних морських бас-

сейнів і має дуже різну потужність від 0 на стародавніх щитах до 15 км у крайових прогинах платформ. Під осадовим шаром залягають докембрійські «гранітні» породи, які часто перетворені процесами регіонального метаморфізму. Далі залягає базальтовий шар. Відмінністю океанічної кори від континентальної є наявність в останній гранітному шарі. Далі океанічна та континентальна кора підстилаються породами верхньої мантії.

Земна кора має алюмосилікатний склад, представлений головним чином легкоплавкими сполуками. З хімічних елементів переважають кисень (43,13 %), кремній (26 %) і алюміній (7,45 %) у формі силікатів і оксидів (табл. 2).

Таблиця 2

Середній хімічний склад земної кори

Хімічний склад земної кори, %, наступний: кисло

рід – 46,8; кремній – 27,3; алюміній – 8,7; залізо -5,1; кальцій – 3,6; натрій – 2,6; калій – 2,6; магній – 2,1; інші – 1,2.

Як свідчать останні дані, склад океанічної кори настільки постійний, що його вважатимуться однією з глобальних констант, як і склад атмосферного повітря чи середню солоність морської води. Це свідчить про єдність механізму її освіти.

Важливою обставиною, що відрізняє земну кору від інших внутрішніх геосфер, є наявність у ній підвищеного вмісту довгоживучих радіоактивних ізотопів урану 232 і, торію 237 ТЬ, калію 40 К, причому їх найбільша концентрація відзначена для «гранітного» шару континентальної кори, в океанічній елементів мізерно мало.

Мал. 3. Блок-діаграма трансформного розлому океанічної

літосфери

Вулкани

Перем'яті

Континентальна

літосфера

Магматичні інтрузії

Плавлення

Мал. 2. Схематичний розріз зони підсування океанічної літосфери

під континентальну

Літосфера- це оболонка Землі, що поєднує земну кору та частину верхньої мантії. Характерною ознакою літосфери є те, що до неї входять породи у твердому кристалічному стані і вона має жорсткість та міцність. Вниз по розрізу від Землі спостерігається зростання температури. Розташована під літосферою пластична оболонка мантії - астеносфера, в якій при високих температурах речовина частково розплавлена, і внаслідок цього на відміну від літосфери астеносфера не має міцності і може пластично деформуватися, аж до здатності текти навіть під дією надмірних надлишкових тисків (рис. 3). У світлі сучасних уявлень, згідно з теорією тектоніки літосферних плит, встановлено, що літосферні плити, які складають зовнішню оболонку Землі, утворюються за рахунок остигання та повної кристалізації частково розплавленої речовини астеносфери, подібно до того, як це відбувається, наприклад, на річці при замерзанні води та утворення льоду в морозний день.

Слід зазначити, що лерцо-літ, що складає верхню мантію, має складний склад, у зв'язку з чим речовина астеносфери, перебуваючи в твердому стані, механічно.

ослаблено настільки, що здатне виявляти повзучість. Це показує, що астеносфера в масштабах геологічного часу поводиться як в'язка рідина. Таким чином, літосфера здатна до руху щодо нижньої мантії за рахунок ослаблення астеносфери. Важливим фактом, що підтверджує можливість переміщення літосферних плит, є те, що астеносфера виражена глобально, хоча її глибина, потужність і Фізичні властивостіваріюють у широких межах. Потужність літосфери змінюється від кількох кілометрів під рифтовими долинами серединних океанічних хребтів до 100 км під периферією океанів, а давніми щитами потужність літосфери сягає 300-350 км.

Характерна властивість земної кулі – її неоднорідність. Він поділяється на ряд шарів або сфер, які поділяються на внутрішні та зовнішні.

Внутрішні сфери Землі: земна кора, мантія та ядро.

Земна коранайбільш неоднорідна. По глибині у ній виділяється 3 шари (згори донизу): осадовий, гранітний та базальтовий.

Осадовий шарутворений м'якими, а іноді і пухкими гірськими породами, що виникли шляхом осадження речовини у водному або повітряному середовищі на Землі. Осадові породи зазвичай розташовані у вигляді пластів, обмежених паралельними площинами. Потужність шару коливається від кількох метрів до 10-15 км. Є ділянки, де осадовий шар майже повністю відсутня.

Гранітний шарскладний в основному магматичними та метаморфічними породами, багатими Al і Si. Середнє вміст SiO 2 них понад 60%, тому їх відносять до кислим породам. Щільність порід шару 2,65-2,80 г/см3. Потужність 20-40 км. У складі океанічної кори (наприклад, на дні Тихого океану) гранітний шар відсутній, таким чином, є невід'ємною частиною саме континентальної земної кори.

Базальтовий шарлежить в основі земної кори і є суцільною, тобто, на відміну від гранітного шару, є у складі і континентальної, і океанічної кори. Відокремлюється від гранітної поверхнею Конрада (К), де швидкість сейсмічних хвиль змінюється з 6 до 6,5 км/сек. Речовина, що становить базальтовий шар, за хімічним складом і фізичними властивостями близька до базальтів (менше багатих на SiO 2 ніж граніти). Щільність речовини досягає 3,32 г/см3. Швидкість проходження поздовжніх сейсмічних хвиль збільшується від 6,5 до 7 км/сек біля нижньої межі, де знову відбувається стрибок швидкості і досягає 8-8,2 км/сек. Ця нижня межа земної кори простежується скрізь і називається кордоном Мохоровичича (югославський вчений) чи кордоном М.

Мантіязнаходиться під земною корою в інтервалі глибин від 8-80 до 2900 км. Температура у верхніх шарах (до 100 км) - 1000-1300 о С, з глибиною підвищується і біля нижньої межі досягає 2300 про С. Проте речовина знаходиться там у твердому стані внаслідок тиску, який на великих глибинах становить сотні тисяч та мільйони атмосфер. На кордоні з ядром (2900 км) спостерігається заломлення та часткове відображення поздовжніх сейсмічних хвиль, а поперечні хвилі цей кордон не проходять ("сейсмічна тінь" становить від 103 до 143 про дуги). Швидкість поширення хвиль у нижній частині мантії – 13,6 км/сек.

Порівняно недавно стало відомо, що у верхній частині мантії розташовується шар розущільнених порід. астеносфера,що лежить на глибині 70-150 км (під океанами глибше), у якому фіксується падіння швидкостей пружних хвиль приблизно 3 %.

Ядроза фізичними властивостями різко відрізняється від мантії. Швидкість проходження поздовжніх сейсмічних хвиль становить 82-113 км/сек. Справа в тому, що на межі мантії та ядра відбувається різке падіння швидкості поздовжніх хвиль від 13,6 до 8,1 км/сек. Вчені давно дійшли висновку, що щільність ядра значно вища за щільність поверхневих оболонок. Вона повинна відповідати густині заліза, що знаходиться у відповідних барометричних умовах. Тому широко поширене уявлення про те, що ядро ​​складається з Fe і Ni і має магнітні властивості. Присутність у ядрі цих металів пов'язується з первинною диференціацією речовини за питомою вагою. На користь залізо-нікелевого ядра говорять і метеорити. Ядро поділяється на зовнішнє та внутрішнє. У зовнішній частині ядра тиск становить 1,5 млн. атм.; густина 12 г/см 3 . Поздовжні сейсмічні хвилі поширюються тут із швидкістю 8,2-10,4 км/сек. Внутрішнє ядро ​​перебуває у рідкому стані, і конвективні потоки у ньому індукують магнітне полі Землі. У внутрішньому ядрітиск досягає 3,5 млн. атм., щільність 17,3-17,9 г/см 3 швидкість поздовжніх хвиль 11,2-11,3 км/сек. Розрахунки показують, що температура має досягати там кількох тисяч градусів (до 4000 о). Речовина там у твердому стані завдяки високому тиску.

Зовнішні сфери Землі: гідросфера, атмосфера та біосфера.

Гідросферапоєднує всю сукупність прояви форм води в природі, починаючи від суцільного водного покриву, що займає 2/3 поверхні Землі (моря та океани) і закінчуючи водою, що входить до складу гірських порід та мінералів. у такому розумінні гідросфера є безперервною оболонкою Землі. У нашому курсі розглядається насамперед та частина гідросфери, яка утворює самостійний водний шар. океаносфери.

З загальної площіЗемлі в 510 млн. км 2, 361 млн. км 2 (71%) покритий водою. Схематично рельєф дна Світового океану зображується як гіпсографічної кривої.На ній показано розподіл висоти суші та глибини океанів; чітко виражені 2 рівні морського дна із глибинами 0-200 м та 3-6 км. Перший - область відносного мілководдя, що оперізує у вигляді підводного майданчика узбережжя всіх континентів. Це материкова мілину або шельф.З боку моря шельф обмежений крутим підводним уступом. континентальним схилом(До 3000 м). На глибинах 3-3,5 км. континентальне підніжжя.Нижче 3500 м починається океанічне ложе (ложе океану),глибина якого до 6000 м. Континентальне підніжжя та ложе океану становлять другий ясно виражений рівень морського дна, складений типово океанічною корою (без гранітного шару). Серед океанічного ложа, головним чином периферичних частинах Тихого океану, розташовуються глибоководні западини (жолоба)- Від 6000 до 11000 м. Приблизно так гіпсографічна крива виглядала ще 20 років тому. Одним із найважливіших геологічних відкриттів останнього часу стало відкриття серединних океанічних хребтів -глобальної системи підводних гір, піднятих над ложем океану на 2 і більше кілометрів, що займають до 1/3 площі океанічного дна. Про геологічне значення цього відкриття буде сказано пізніше.

У воді океанів присутні майже всі відомі хімічні елементи, проте переважають лише 4: O 2 H 2 Na, Cl. Зміст розчинених у морській воді хімічних сполук (солоність) визначається у вагових відсотках або проміле(1 проміле = 0,1%). Середня солоність океанської води 35 проміле (в 1 л води 35 г солей). Солоність змінюється у межах. Так, у Червоному морі вона сягає 52 проміле, у Чорному морі до 18 проміле.

Атмосферає найвищою повітряною оболонкою Землі, яка огортає її суцільним покривом. Верхня межа не виразна, оскільки щільність атмосфери зменшується з висотою і перетворюється на безповітряний простір поступово. Нижня межа – поверхня Землі. Ця межа також умовна, оскільки повітря проникає на деяку глибину в кам'яну оболонку і міститься у розчиненому вигляді у товщі води. В атмосфері виділяються 5 основних сфер (знизу догори): тропосфера, стратосфера, мезосфера, іоносфераі екзосфера.Для геології важлива тропосфера, так як вона стикається безпосередньо з земною корою і надає на неї значний вплив.

Тропосфера відрізняється великою щільністю, постійною наявністю водяної пари, вуглекислоти та пилу; поступовим зниженням температури з висотою та існуванням у ній вертикальної та горизонтальної циркуляції повітря. У хімічному складікрім основних елементів - Про 2 і N 2 - завжди присутні СО 2 водяна пара, трохи інертних газів (Ar), Н 2 сірчистий ангідрид і пил. Циркуляція повітря у тропосфері дуже складна.

Біосфера- своєрідна оболонка (виділена і названа акад. В.І.Вернадським), об'єднує ті оболонки, в яких є життя. Вона не займає відокремленого простору, але проникає у земну кору, атмосферу та гідросферу. Біосфера відіграє велику роль у геологічних процесах, беручи участь як у створенні гірських порід, так і в їхньому руйнуванні.

Живі організми найбільш глибоко проникають у гідросферу, яку часто називають "колискою життя". Особливо багате життя в океаносфері, її поверхневих шарах. Залежно від фізико-географічної обстановки, насамперед від глибин, у морях та океанах виділяється кілька біономічних зон(грец. "Біос" - життя, "Номос" - закон). Ці зони розрізняються за умов існування організмів та їх складу. В області шельфу виділяються 2 зони: літоральнаі неритова.Літораль - це порівняно вузька смуга мілководдя, що двічі на добу осушується під час відливу. Завдяки специфіці літораль заселена організмами, здатними переносити тимчасове осушення (морські черв'яки, деякі молюски, морські їжаки, зірки). Глибше зони припливів і відливів у межах шельфу розташована неритова зона, найбільш багато населена різноманітними морськими організмами. Тут широко представлені усі типи тваринного світу. За способом життя розрізняють бентоснихтварин (мешканців дна): сидячий бентос (корали, губки, мошанки і т.д.), блукаючий бентос (повзаючі - їжаки, зірки, раки). Нектоннітварини здатні самостійно пересуватися (риби, головоногі молюски); планктонні (планктон) -ширяють у воді у зваженому стані (форамініфери, радіолярії, медузи). Материковому схилу відповідає батіальна зона,континентального підніжжя та океанічного ложа - абісальна зона.Умови життя в них мало сприятливі – повна морок, високий тиск, відсутність водоростей. Однак і там останнім часом виявлено абісальні оази життя,присвячені підводним вулканам і зонам закінчення гідротерм. Основу біоти тут складають гігантські анаеробні бактерії, вестиментифери та інші своєрідні організми.

Глибина проникнення живих організмів усередину Землі переважно лімітується температурними умовами. Теоретично для найстійкіших прокаріотів вона становить 2,5-3 км. Жива речовина активно впливає склад атмосфери, що у сучасному вигляді - результат життєдіяльності організмів, збагатили її киснем, вуглекислим газом, азотом. Надзвичайно велика роль організмів у формуванні морських опадів, багато з яких є корисними копалинами (каустобіоліти, джеспіліти та ін.).

Запитання для самоперевірки.

Як формувалися погляди походження Сонячної системи?

Які форма та розміри Землі?

З яких твердих оболонок складається Земля?

Чим відрізняється континентальна кора від океанічної?

Чим зумовлене магнітне поле Землі?

Що таке гіпсографічна крива, її вигляд?

Що таке бентос?

Що таке біосфера, її межі?

Вступ

Протягом багатьох століть питання про походження Землі залишалося монополією філософів, оскільки фактичний матеріал у цій галузі майже був відсутній. Перші наукові гіпотези щодо походження Землі та сонячної системи, засновані на астрономічних спостереженнях, були висунуті лише в XVIII столітті. З того часу не переставали з'являтися нові і нові теорії, відповідно до зростання наших космогонічних уявлень.

Першою у цьому ряду була знаменита теорія, сформульована 1755 року німецьким філософом Еммануїлом Кантом. Кант вважав, що сонячна система виникла з якоїсь первинної матерії, настільки вільно розсіяної в космосі. Частинки цієї матерії переміщалися в різних напрямках і, зіштовхуючись одна з одною, втрачали швидкість. Найбільш важкі і щільні їх під впливом сили тяжіння з'єднувалися друг з одним, утворюючи центральний потік - Сонце, яке, своєю чергою, притягувало віддалені, дрібні і легкі частки.

Таким чином, виникла деяка кількість тіл, що обертаються, траєкторії яких взаємно перетиналися. Частина цих тіл, що спочатку рухалися в протилежних напрямках, зрештою були втягнуті в єдиний потік і утворили кільця газоподібної матерії, розташовані приблизно в одній площині і обертаються навколо Сонця в одному напрямку, не заважаючи один одному. В окремих кільцях утворювалися щільніші ядра, до яких поступово притягувалися легші частинки, формуючи кулясті скупчення матерії; так складалися планети, які продовжували кружляти навколо Сонця у тій самій площині, як і початкові кільця газоподібної речовини.

1. Історія землі

Земля – це третя від Сонця планета Сонячної системи. Вона обертається навколо зірки еліптичною орбітою (дуже близькою до кругової) із середньою швидкістю 29.765 км/с на середній відстані 149.6 млн. км за період рівний 365.24 діб. Земля має супутник - Місяць, що обертається навколо Сонця на середній відстані 384 400 км. Нахил земної осі до площини екліптики становить 66033`22``. Період обертання планети навколо осі 23 год 56 хв 4.1 сек. Обертання навколо своєї осі викликає зміну дня і ночі, а нахил осі та звернення навколо Сонця - зміну пір року. Форма Землі – геоїд, приблизно – тривісний еліпсоїд, сфероїд. Середній радіус Землі складає 6371.032 км, екваторіальний – 6378.16 км, полярний – 6356.777 км. Площа поверхні земної кулі 510 млн. км2, об'єм – 1.083*1012 км2, середня щільність 5518 кг/м3. Маса Землі становить 5976*1021 кг. Земля має магнітне і тісно пов'язане з ним електричне поле. Гравітаційне поле Землі зумовлює її сферичну форму та існування атмосфери.

За сучасними космогонічними уявленнями, Земля утворилася приблизно 4.7 млрд. років тому з розсіяної в протосонячній системі газової речовини. В результаті диференціації речовини, Земля, під дією свого гравітаційного поля, в умовах розігріву земних надр виникли та розвинулися різні за хімічним складом, агрегатним станом та фізичними властивостями оболонки - геосфери: ядро ​​(в центрі), мантія, земна кора, гідросфера, атмосфера, магнітосфера. У складі Землі переважає залізо (34.6%), кисень (29.5%), кремній (15.2%), магній (12.7%). Земна кора, мантія і внутрішня ядра тверді (зовнішня частина ядра вважається рідкою). Від поверхні Землі до центру зростають тиск, щільність та температура. Тиск у центрі планети 3.6*1011 Па, щільність близько 12.5*103 кг/м3, температура коливається від 50000 до

60000 С. Основні типи земної кори - материковий та океанічний, у перехідній зоні від материка до океану розвинена кора проміжної будови.

Більшість Землі зайнята Світовим океаном (361.1 млн. км2 ;70.8%), суша становить 149.1 млн.км2 (29.2%), і утворює шість материків та острови. Вона піднімається над рівнем світового океану в середньому на 875 м-коду (найбільша висота 8848 м-коду - гора Джомолунгма), гори займають понад 1/3 поверхні суші. Пустелі покривають приблизно 20% поверхні суші, ліси – близько 30%, льодовики – понад 10%. Середня глибина світового океану близько 3800 м (найбільша глибина 11020 м – Маріанський жолоб (впадина) у Тихому океані). Об'єм води планети становить 1370 млн. км3, середня солоність 35 г/л.

Атмосфера Землі, загальна маса якої 5.15 * 1015 т, складається з повітря - суміші переважно азоту (78.08%) і кисню (20.95%), решта - це водяні пари вуглекислий газ, а також інертний та інші гази. Максимальна температура поверхні суші 570-580 С (у тропічних пустелях Африки та Північної Америки), мінімальна – близько -900 С (у центральних районах Антарктиди).

Освіта Землі та початковий етап її розвитку відносяться до догеологічної історії. Абсолютний вік найдавніших гірських порід становить понад 3,5 млрд. років. Геологічна історія Землі ділиться на два нерівні етапи: докембрій, що займає приблизно 5/6 всього геологічного літочислення (близько 3 млрд. років), і фанерозою, що охоплює останні 570 млн. років. Близько 3-3.5 млрд. років тому внаслідок закономірної еволюції матерії Землі виникло життя, почався розвиток біосфери. Сукупність всіх живих організмів, що її населяють, так звана жива речовина Землі, справила значний вплив на розвиток атмосфери, гідросфери і осадової оболонки. новий

фактор, що надає сильний вплив на біосферу - виробнича діяльність людини, яка з'явилася на Землі менше ніж 3 млн. років тому. Високий темп зростання населення Землі (275 млн. чол у 1000 році, 1.6 млрд. чол у 1900 році та приблизно 6.3 млрд. чол у 1995 році) та посилення впливу людського суспільства на природне середовище висунули проблеми раціонального використання всіх природних ресурсівта охорони природи.

2. Сейсмічна модель будови Землі

Широко відома модель внутрішньої будови Землі (розподіл її на ядро, мантію та земну кору) розроблена сейсмологами Г. Джефрісом та Б. Гутенбергом ще в першій половині XX століття. Вирішальним чинником при цьому виявилося різке зниження швидкості проходження сейсмічних хвиль усередині земної кулі на глибині 2900 км при радіусі планети 6371 км. Швидкість проходження поздовжніх сейсмічних хвиль безпосередньо над зазначеним кордоном дорівнює 136 км/с, а під ним - 81 км/с. Це і є межа мантії та ядра.

Відповідно радіус ядра становить 3471 км. Верхньою межею мантії служить сейсмічний розділ Мохоровичіча, виділений югославським сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936) ще в 1909 році. Він відокремлює земну кору від мантії. На цьому рубежі швидкості поздовжніх хвиль, що пройшли через земну кору, стрибкоподібно збільшуються з 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с, проте це відбувається на різних глибинних рівнях. Під континентами глибина розділу М (тобто підошви земної кори) становить перші десятки кілометрів, причому під деякими гірськими спорудами (Памір, Анди) може сягати 60 км, тоді як під океанськими западинами, включаючи і товщу води, глибина дорівнює лише 10-12 км. . Взагалі ж земна кора у цій схемі вимальовується як тонка шкаралупа, тоді як мантія поширюється на 45% земного радіуса.

Але в середині XX століття в науку увійшли уявлення про більш дрібну глибинну будову Землі. На підставі нових сейсмологічних даних виявилося можливим розділити ядро ​​на внутрішнє та зовнішнє, а мантію – на нижню та верхню (рис. 1). Ця модель, що набула широкого поширення, використовується і в даний час. Початок їй поклав австралійський сейсмолог К.Є. Буллен, який запропонував на початку 40-х років схему поділу Землі на зони, які позначив буквами: А – земна кора, В – зона в інтервалі глибин 33-413 км, С – зона 413-984 км, D – зона 984-2898 км , Д – 2898-4982 км, F – 4982-5121 км, G – 5121-6371 км (центр Землі). Ці зони відрізняються сейсмічними характеристиками. Пізніше зону D він розділив на зони D" (984-2700 км) та D" (2700-2900 км). В даний час ця схема значно видозмінена і лише шар D широко використовується в літературі. головна характеристика- Зменшення градієнтів сейсмічних швидкостей у порівнянні з вищележачою областю мантії.

Внутрішнє ядро, що має радіус 1225 км, тверде і має велику щільність - 12,5 г/см3. Зовнішнє рідке ядро, його щільність 10 г/см3. На межі ядра і мантії відзначається різкий стрибок у швидкості поздовжніх хвиль, а й у щільності. У мантії вона знижується до 5,5 г/см3. Шар D", що знаходиться в безпосередньому зіткненні із зовнішнім ядром, відчуває його вплив, оскільки температури в ядрі значно перевищують температури мантії. Місцями даний шар породжує величезні, спрямовані до поверхні Землі крізь мантійні тепломасопотоки, які називаються плюмами. Вони можуть проявлятися вулканічних областей, як, наприклад, на Гавайських островах, Ісландії та інших регіонах.

Верхня межа шару D" невизначена; її рівень від поверхні ядра може варіювати від 200 до 500 км і більше. Таким чином, можна

зробити висновок, що цей шар відбиває нерівномірне і різноінтенсивне надходження енергії ядра в область мантії.

Кордоном нижньої і верхньої мантії в схемі, що розглядається, служить сейсмічний розділ, що лежить на глибині 670 км. Він має глобальне поширення та обґрунтовується стрибком сейсмічних швидкостей у бік їх збільшення, а також зростанням щільності речовини нижньої мантії. Цей розділ є також межею змін мінерального складу порід у мантії.

Таким чином, нижня мантія, укладена між глибинами 670 і 2900 км, тягнеться радіусом Землі на 2230 км. Верхня мантія має внутрішній сейсмічний розділ, що добре фіксується, що проходить на глибині 410 км. При переході цієї межі зверху донизу сейсмічні швидкості різко зростають. Тут, як і нижній межі верхньої мантії, відбуваються істотні мінеральні перетворення.

Верхню частину верхньої мантії і земну кору разом виділяють як літосферу, що є верхньою твердою оболонкою Землі, в протилежність гідро-і атмосфері. Завдяки теорії тектоніки літосферних плит термін "літосфера" набув найширшого поширення. Теорія передбачає рух плит по астеносфері - розм'якшеному, частково, можливо, рідкому глибинному шарі зниженої в'язкості. Проте сейсмологія не показує витриманої просторі астеносфери. Для багатьох областей виявлено декілька астеносферних верств, розташованих по вертикалі, а також уривчастість їх по горизонталі. Особливо безперечно їх чергування фіксується в межах континентів, де глибина залягання астеносферних шарів (лінз) варіює від 100 км до багатьох сотень.

Під океанськими абісальними западинами астеносферний шар лежить на глибинах 70-80 км. і менше. Відповідно нижня межа літосфери фактично є невизначеною, а це створює великі труднощі для теорії кінематики літосферних плит, що відзначається багатьма дослідниками. Такі основи уявлень про будову Землі, що склалися на цей час. Далі звернемося до новітніх даних щодо глибинних сейсмічних рубежів, що становлять найважливішу інформацію про внутрішню будову планети.

3. Геологічна будова Землі

Історія геологічної будови Землі прийнято зображати у вигляді стадій або фаз, що послідовно з'являються один за одним. Відлік геологічного часу ведеться від початку процесу утворення Землі.

Фаза 1(4,7 – 4 млрд. років). Відбувається утворення землі з газу, пилу та планетезималей. Через війну енергії, що виділяється у процесі розпаду радіоактивних елементів, і зіткнення планетезималей Земля поступово розігрівається. Падіння Землю гігантського метеорита призводить до викиду матеріалу, з якого утворюється Місяць.

Згідно з іншою концепцією Протолуна, що знаходиться на одній із геліоцентричних орбіт, була захоплена Протоземлею, внаслідок чого утворилася подвійна система Земля – Місяць.

Дегазація Землі призводить до початку утворення атмосфери, що складається в основному з вуглекислоти, метану та аміаку. В кінці аналізованої фази за рахунок конденсації водяної пари починається утворення гідросфери.

Фаза 2(4 – 3,5 млрд. років). Виникають перші острови, протоконтиненти, складені з гірських порід, що містять переважно кремній та алюміній. Протконтиненти трохи піднімаються над ще дуже мілководними океанами.

Фаза 3(3,5 – 2,7 млрд. років). Залізо збирається в центрі Землі та утворює її рідке ядро, яке зумовлює виникнення магнітосфери. Створюються передумови появи перших організмів, бактерій. Триває формування континентальної кори.

Фаза 4(2,7 – 2,3 млрд. років). Утворюється єдиний суперконтинент. Пангея, якому протистоїть суперокеан Панталасса.

Фаза 5(2,3 – 1,5 млрд. років). Охолодження кори та літосфери призводить до розпаду суперконтиненту на блоки-мікропліти, простору між якими заповнюють опади та вулкани. В результаті виникають складчасто-надводні системи та утворюється новий суперконтинент – Пангея I. Органічний світ представлений синьо-зеленими водоростями, фотосинтезуюча діяльність яких сприяє збагаченню атмосфери киснем, що веде до подальшого розвитку органічного світу.

Фаза 6(1700 – 650 млн. років). Відбувається деструкція Пангеї I, утворення басейнів із корою океанського типу. Формуються два суперконтиненти: Гондавана, куди увійшли Південна Америка, Африка, Мадагаскар, Індія, Австралія Антарктида, та Лавразія, що включає Північну Америку, Гренландію, Європу та Азію (крім Індії). Гондвану та Лавразію поділяє море Тітс. Настають перші льодовикові епохи. Органічний світ швидко насичується багатоклітинними безскелетними організмами. З'являються перші скелетні організми (трилобіти, молюски та ін.). відбувається нафтоутворення.

Фаза 7(650 - 280 млн. років). Гірський пояс Аппалачів в Америці поєднує Гондвану з Лавразією - утворюється Пангея II. Позначаються контури

палеозойських океанів – Палеоантлантичного, Палеотетісу, Палеоазійського. Гондвану двічі охоплює покривне заледеніння. З'являються риби, пізніше – амфібії. Рослини та тварини виходять на сушу. Починається інтенсивне вуглеутворення.

Фаза 8(280 - 130 млн. років). Пангея II пронизує дедалі густішою мережею континентальних рифів, щілиноподібних рівноподібних розтягувань земної кори. Починається розколювання суперконтиненту. Африка відокремлюється від Південної Америки та Індостану, а останній – від Австралії та Антарктиди. Нарешті Австралія відокремлюється від Антарктиди. Покритонасінні рослини освоюють значні простори суші. У тваринному світі панують плазуни та земноводні, з'являються птахи та примітивні ссавці. Наприкінці періоду гинуть багато груп тварин, зокрема величезні динозаври. Причини цих явищ зазвичай бачать або у зіткненні Землі з великим астероїдом, або у різкому посиленні вулканічної діяльності. Те й інше могло призвести до глобальних змін (збільшення вмісту вуглекислоти в атмосфері, виникнення великих пожеж, позолодання), несумісних з існуванням багатьох видів тварин.

Фаза 9(130 млн. років – 600 тис. років). Великі зміни зазнають загальної конфігурації материків і океанів, зокрема Євразія відокремлюється від Північної Америки, Антарктида – від Південної Америки Розподіл материків та океанів став дуже близьким до сучасного. На початку розглянутого періоду клімат по всій Землі теплий і вологий. Кінець періоду характеризується різкими кліматичними контрастами. Після заледенінням Антарктиди відбувається заледеніння Арктики. Складається фауна та флора, близькі до сучасних. З'являються перші предки сучасної людини.

Фаза 10(сучасність). Між літосферою та земним ядром піднімаються і опускаються потоки магми, крізь щілини в корі вони прориваються нагору. Уламки океанічної кори опускаються аж до самого ядра, а потім виринають і, можливо, утворюють нові острови. Літосферні плити стикаються один з одним і знаходяться під постійним впливом потоків магми. Там, де плити розходяться, утворюються нові сегменти літосфери. Постійно відбувається процес диференціації земної речовини, що перетворює стан усіх геологічних оболонок Землі, зокрема і ядра.

Висновок

Земля виділена самою природою: у Сонячній системі тільки на цій планеті існують розвинені форми життя, тільки на ній локальне впорядкування речовини досягло надзвичайно високого ступеня, продовжуючи загальну лінію розвитку матерії. Саме на Землі пройдено найскладніший етап самоорганізації, що знаменує глибокий якісний стрибок до вищим формамупорядкованості.

Земля – найбільша планета у своїй групі. Але, як показують оцінки, навіть такі розміри та маса виявляються мінімальними, за яких планета здатна утримувати свою газову атмосферу. Земля інтенсивно втрачає водень та інші легкі гази, що підтверджують спостереження за так званим шлейфом Землі.

Атмосфера Землі кардинально відрізняється від атмосфер інших планет: у ній низький зміствуглекислого газу, високий вміст молекулярного кисню і відносно великий вміст пари води. Дві причини створюють виділення атмосфери Землі: вода океанів і морів добре поглинає вуглекислий газ, а біосфера насичує атмосферу молекулярним киснем, що утворюється у процесі рослинного фотосинтезу. Розрахунки показують, що якщо звільнити всю поглинену і пов'язану в океанах вуглекислоту, прибравши одночасно з атмосфери весь накопичений в результаті життєдіяльності рослин кисень, то склад земної атмосфери у своїх основних рисах став подібним до складу атмосфер Венери і Марса.

В атмосфері Землі насичені водяні пари створюють хмарний шар, що охоплює значну частину планети. Хмари Землі входять найважливішим елементом у кругообіг води, що відбувається на нашій планеті в системі гідросфера – атмосфера – суша.

Тектонічні процеси активно протікають Землі й у наші дні, її геологічна історія далека від завершення. Іноді відлуння планетної діяльності виявляються з такою силою, що викликають локальні катастрофічні потрясіння, що відбиваються на природі та людській цивілізації. Палеонтологи стверджують, що в епоху ранньої молодості Землі її тектонічна активність була ще вищою. Сучасний рельєф планети склався і продовжує видозмінюватися під впливом спільного на її поверхні тектонічних, гідросферних, атмосферних і біологічних процесів.

Список літератури

В.Ф. Тулінів «Концепції сучасного природознавства»: Підручник для вузів. - М.: ЮНІТІ-ДАНА, 2004 р.

А.В. Бялко "Наша планета - Земля" - М. Наука, 1989 р.

Г.В. Войткевич «Основи теорії походження Землі» - М Надра, 1988

Фізична енциклопедія. Тт. 1-5. - М. Велика Російська енциклопедія, 1988-1998.

Введение………………………………………………………………………..3

Історія Землі…………………………………………..………………4

Сейсмічна модель будови Землі………………………………...6

Геологічна будова Землі………………………………………...9

Заключение…………………………………………………………………….13

Список литературы……………………………………………………………15

ІНСТИТУТ ЕКОНОМІКИ І ПІДПРИЄМНИЦТВА

Заочне відділення

РЕФЕРАТ

По предмету "Концепції сучасного природознавства"Землі Земля і Сонце основний фактор життя на ЗемліРеферат >> Біологія

1. Землята її місце у Всесвіті Земля. Форма, розміри та рельєф. Внутрішнє будова. Місяць. Земля, Третій... 384400 км. Внутрішньо будоваОсновну роль у дослідженні внутрішнього будови Земліграють сейсмічні методи...

У ХХ столітті шляхом численних досліджень людство розкрило таємницю земних надр, будова землі у розрізі стала відома кожному школяру. Для тих, хто ще не знає, з чого складається земля, якими є її основні верстви, їх склад, як називається найтонша частина планети, ми перерахуємо ряд значущих фактів.

Форма та розміри планети Земля

Попри загальну оману наша планета не кругла. Її форма називається геоїд і є злегка сплюснутим шар. Місця, в яких земна куля здавлена, називаються полюсами. Через полюси проходить вісь земного обертання, наша планета здійснює один оберт навколо неї за 24 години — земну добу.

Посередині планету оперізує – уявне коло, що розділяє геоїд на Північну та Південну півкулі.

Крім екватора, існують меридіани - кола, перпендикулярні екватору та проходять через обидва полюси. Один із них, який проходить через Грінвічську обсерваторію, називають нульовим – він є точкою відліку географічної довготи та часових поясів.

До основних характеристик земної кулі можна віднести:

• діаметр (км.): екваторіальний - 12756, полярний (у полюсів) - 12713;
• довжина (км.) екватора - 40057, меридіана - 40008.

Отже, наша планета є своєрідним еліпсом — геоїдом, що обертається навколо своєї осі, що проходить через два полюси – Північний і Південний.

Центральна частина геоїду опоясана екватором – колом, що розділяє нашу планету на дві півкулі. Для того, щоб визначити, який радіус землі, використовують половинні значення його діаметра біля полюсів та екватора.

А тепер про те з чого складається земля,якими оболонками вона покрита і яке будова землі в розрізі.

Земні оболонки

Основні оболонки землівиділяють залежно від їхнього вмісту. Оскільки наша планета має форму кулі, її оболонки, утримувані силою тяжкості, називаються сферами. Якщо подивитися на с троїння землі в розрізі, томожна побачити три сфери:

По порядку(починаючи з поверхні планети) вони розташовуються так:

1. Літосфера - тверда оболонка планети, що включає мінеральні шари землі.
2. Гідросфера – містить водні ресурси – річки, озера, моря та океани.
3. Атмосфера – це повітряна оболонка, що оточує планету.

Крім того, виділяють і біосферу, що включає в себе всі живі організми, які заселяють інші оболонки.

Важливо!Багато вчених населення планети відносять до окремої великої оболонки під назвою антропосфера.

Земні оболонки – літосфера, гідросфера та атмосфера – виділені за принципом об'єднання однорідної складової. У літосфері – це тверді породи, ґрунт, внутрішній вміст планети, у гідросфері – вся її, в атмосфері – все повітря та інші гази.

Атмосфера

Атмосфера – газова оболонка, її склад входять: , азот, вуглекислий, газ, пил.

1. Тропосфера - верхній шар землі, що містить більшу частину земного повітря і що простягається від поверхні на висоту від 8-10 (у полюсів) до 16-18 км (у екватора). У тропосфері утворюються хмари та різні повітряні маси.
2. Стратосфера — шар, у якому вміст повітря значно нижчий, ніж у тропосфері. Його товщина в середньомускладає 39-40 км. Починається цей шар із верхньої межі тропосфери і закінчується на висоті близько 50 км.
3. Мезосфера – шар атмосфери, що тягнеться з 50-60 по 80-90 км над земною поверхнею. Характеризується стійким зниженням температури.
4. Термосфера – розташована за 200-300 км від поверхні планети, відрізняється від мезосфери зростанням температури зі збільшенням висоти.
5. Екзосфера – починається з верхньої межі, що лежить нижче за термосферу, і поступово переходить у відкритий космос, для неї характерно низький вміст повітря, висока сонячна радіація.

Увага!У стратосфері на висоті близько 20-25 км знаходиться тонкий шар озону, що оберігає все живе на планеті від згубних для нього ультрафіолетових променів. Без нього все живе дуже скоро загинуло.

Атмосфера – земна оболонка, без якої життя на планеті було б неможливим.

Вона містить у собі необхідне для дихання живих організмів повітря, визначає відповідні погодні умови, захищає планету від негативного впливусонячної радіації.

Атмосфера складається з повітря, своєю чергою повітря приблизно 70% складається з азоту, 21% — кисень, 0,4% вуглекислий газ та інші рідкісні гази.

Крім цього, в атмосфері є важливий озоновий шар приблизно на висоті 50 км.

Гідросфера

Гідросфера – всі рідини на планеті.

Дана оболонка за місцем розташування водних ресурсівта ступеня їх солоності включає:

• світовий океан – величезний простір зайнятий солоною водою і включає чотири і 63 моря;
• поверхневі води континентів - прісноводні, а також рідко солонуваті водойми. Поділяються за рівнем плинності на водоймища з течією - річки і водоймища з стоячою водою - озера, ставки, болота;
• підземні води – прісні води, що знаходяться під земною поверхнею. Глибинаїх залягання коливається від 1-2 до 100-200 і більше метрів.

Важливо!Величезна кількість прісної води нині перебуває у вигляді льоду – на сьогоднішній день у зонах вічної мерзлотиу вигляді льодовиків, величезних айсбергів, постійного снігу, що тане, міститься близько 34 млн. км3 запасів прісної води.

Гідросфера – це насамперед, джерело прісної питної води, один із основних кліматоутворюючих факторів. Водні ресурсивикористовуються як шляхи сполучення та об'єктів туризму та рекреації (відпочинку).

Літосфера

Літосфера - це тверді (мінеральні) шари землі.Товщина цієї оболонки становить від 100 (під морями) до 200 км (під континентами). Літосфера включає земну кору і верхню частину мантії.

Те, що розташоване нижче за літосферу, є безпосередньо внутрішньою будовою нашої планети.

Плити літосфери переважно складаються з базальту, піску та глини, каменю, а також ґрунтового шару.

Схема будови земліразом з літосферою представлена ​​такими шарами:

• земна кора - верхній,що складається з осадових, базальтових, метаморфічних порід та родючого ґрунту. Залежно від місця знаходження, розрізняють континентальну та океанічну кору;
• мантія знаходиться під земною корою. Важить близько 67% загальної маси планети. Потужність цього шару становить близько 3000 км. Верхній шар мантії в'язкий, залягає на глибині 50-80 км (під океанами) та 200-300 км (під материками). Нижні шари твердіші та щільніші. До складу мантії входять важкі залізисті та нікелеві матеріали. Процесами, що відбуваються в мантії, обумовлено багато явищ на поверхні планети (сейсмічні процеси, виверження вулканів, формування родовищ);
• Центральну частину землі займаєядро, що складається з внутрішньої твердої та зовнішньої рідкої частини. Товщина зовнішньої частини становить близько 2200 км., внутрішньої – 1300 км. Відстань від поверхні д про ядра земліскладає близько 3000-6000 км. Температура у центрі планети становить близько 5000 Сº. На думку багатьох вчених, ядро землі поскладом є важкий залізно-нікелевий розплав з домішкою інших, подібних за властивостями із залізом, елементів.

Важливо!Серед вузького кола вчених, крім класичної моделі з напіврозплавленим важким ядром, існує і теорія про те, що в центрі планети розташовується внутрішнє світило, оточене з усіх боків значним шаром води. Ця теорія, крім невеликого кола прихильників у науковому середовищі, набула широкого поширення у фантастичній літературі. Прикладом може бути роман В.А. Обручева «Плутонія», що розповідає про експедицію російських учених до порожнини всередині планети з власним невеликим світилом і світом тварин і рослин, що вимерли на поверхні.

Така загальноприйнята з хема будови землі,що включає земну кору, мантію та ядро, з кожним роком дедалі більше вдосконалюється та уточнюється.

Багато параметрів моделі з удосконаленням методів досліджень та появою нового обладнання буде оновлено ще не раз.

Так, наприклад, для того, щоб дізнатися точно, скільки кілометрів доЗовнішній частині ядра знадобляться ще роки наукових досліджень.

На даний момент найбільш глибока шахта в земній корі, прорита людиною, становить близько 8 кілометрів, тому вивчення мантії, а тим більше ядра планети, можливе лише в теоретичному розрізі.

Пошарова будова Землі

Вивчаємо з яких верств складається Земля всередині

Висновок

Розглянувши будова землі в розрізі,ми переконалися, наскільки цікава і складна наша планета. Вивчення її будови у майбутньому допоможе людству розібратися у загадках природних явищ, дозволить більш точно прогнозувати руйнівні стихійні лихавідкривати нові, поки не розроблені родовища корисних копалин.