ВОПРОС 2

Более 100 лет пользовалась признанием гипотеза Канта — Лапласа, согласно которой Солнечная система образовалась из огром­ной раскаленной газоподобной туманности, вращавшейся вокруг оси, а Земля вначале была в жидком состоянии, а потом стала твердым телом.

Земля, по Шмидту, первоначально была холодной. Разогрев ее недр начался, когда она достигла больших размеров. Это произошло за счет выделения теплоты в результате распада имеющихся в ней радиоак­тивных веществ. Недра Земли приобрели пластическое состояние, более плотные вещества сосредоточились ближе к центру планеты более легкие у ее периферии. Произошло расслоение Земли на отдель­ные оболочки. По гипотезе Шмидта расслоение продолжается до настоящего времени. По мнению ряда ученых, именно это является основной причиной движения в земной коре, т. е. причиной тектонических процессов.

Заслуживает внимания гипотеза В.Г. Фесенкова, который считает, что в недрах звезд, в том числе и Солнца, протекают ядерные процессы. В один из периодов это привело к быстрому сжатию и увеличению скорости вращения Солнца.

Форма Земли обычно именуется Земным шаром. Установлено, что масса Земли равна 5,98х10в27 г, объем 1,083х10в27 смв3. Средний радиус 6371 км, средняя плотность 5,52г/смв3. Форма Земли близка к трехосному эллипсоиду вращения с полярным сжатием: у современной Земли полярный радиус 6356,78 км, а экваториальный 6378,16 км. Длина земного меридиана составляет 40008,548 км, длина экватора 40075,704 км. Полярное сжатие (или «сплюснутость») обусловлена вращением Земли вокруг полярной оси и величина этого сжатия связана со скоростью вращения Земли. Иногда форму Земли именуют сфероидом, но для Земли есть собственное наименование формы, а именно геоид.

Земля сложена как бы несколькими концентрическими оболочками: внешними— атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (водная обо­лочка), биосфера (область распространения живого вещества, по В.И. Вернадскому) и внутренними, которые называют собственно; геосферами (ядро, мантия и литосфера).

Непосредственному наблюдению доступны атмосфера, гидросфера, биосфера и самая верхняя часть земной коры. С помощью буровых скважин человеку удается изучать глубины в основном до 8 км.

Атмосфера по распределенной в ней температуре снизу вверх подразделяется на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу. Тропосфера составляет около 80 % всей массы атмосферы и достигает высоты 16—18 км в экваториальной части и 8—10 км в полярных областях. Стратосфера простирается до высоты 55 км и имеет у верхней границы слой озона. Далее идут до высоты 80 км мезосфера, до 800—1000 км термосфера и выше располагается экзосфера (сфера рассеивания), составляющая не более 0,5 % массы земной атмосферы.

В состав атмосферы входит азот (75,51 %), кислород (23,3 %), аргон (1,28 %), углекислота (0,04 %) и другие газы.

Стратосфера—следующий над тропосферой слой. Присутствие озона в данном атмосферном слое обусловливает повышение темпе­ратуры в нем до + 50 °С, но на высоте 8—90 км температура снова понижается до (—60)—(—90) °С.

Среднее давление воздуха на уровне моря равно 1,0132 бар (760 мм рт. ст.), а плотность 1,3 х 10³ г/см . В атмосфере и ее облачном покрове поглощается 18 % излучения Солнца. В результате радиационного баланса система Земля-атмосфера средняя температура на поверхности Земли положительная + 15 °С, хотя ее колебания в разных климатиче­ских зонах могут достигать 150 °С.

Гидросфера — водная оболочка, которая играет большую роль в геологических процессах Земли. В ее состав входят все воды Земли (океаны, моря, реки, озера, материковые льды и т. д.). Гидросфера не образует сплошного слоя и покрывает земную поверхность на 70,8 %. Средняя мощность ее около 3,8 км, наибольшая —свыше И км (11 521 м —Марианская впадина в Тихом океане).

Гидросфера Земли значительно моложе самой планеты. На первых этапах своего существования поверхность Земли была полностью безводной, да и в атмосфере водяного пара практически не было. Образование гидросферы обусловлено процессами отделения воды из вещества мантии. Гидросфера в настоящее время составляет неразрыв­ное единство с литосферой, атмосферой и биосферой. Именно для последней — биосферы — весьма важное значение имеют уникальные свойства воды, как химического соединения, например, изменения в объеме при переходе воды из одного фазового состояния в другое (при замерзании, при испарении); высокая растворяющая способность по отношению почти ко всем соединениям на Земле. гидросфера выступает как мощный созидательный фактор, являясь по существу бассейном для накопления в ее пределах значительных толщ осадков разного состава.

Биосфера находится в постоянном взаимодействии с литосферой, гидросферой и атмосферой, что существенно сказывается на составе и строении литосферы.

В целом под биосферой в настоящее время понимают область распространения живого вещества (живые организмы известных науке форм); это сложноорганизованная оболочка, связанная биохимически­ми (и геохимическими) циклами миграции вещества, энергии и ин­формации. Академик В.И. Вернадский в понятие биосферы включает все структуры Земли, генетически связанные с живым веществом, прошлой или современной деятельностью живых организмов. Большая часть геологической истории Земли связана с деятельностью живых организмов особенно в поверхностной части земной коры, например, это весьма мощные осадочные толщи органогенных горных пород — известняков, диатомитов и др. Область распространения биосферы ограничивается в атмосфере озоновым слоем (примерно 18—50 км над поверхностью планеты), выше которого известные на Земле формы жизни невозможны без специальных средств защиты, как это осуще­ствляется при космических полетах за пределы атмосферы и на другие планеты. В недра Земли до последнего времени биосфера распростра­нялась до глубины Марианской впадины в 11 521 м, однако при бурении Кольской сверхглубокой скважины достигнута глубина более 12 км, а это означает, что на данную глубину осуществлено проник­новение живого вещества.

Внутреннее строение Земли по современным представлениям со­стоит из ядра, мантии и литосферы. Границы между ними достаточно условны, вследствие взаимопроникновения как по площади, так и по глубине.

Земное ядро состоит из внешнего (жидкого) и внутреннего (твер­дого) ядра. Радиус внутреннего ядра (так называемый слой G) примерно равен 1200—1250 км, переходный слой (F) между внутренним и внешним ядром имеет мощность около 300—400 км, а радиус внешнего ядра равен 3450—3500 км (соответственно глубина 2870—2920 км). Плотность вещества во внешнем ядре с глубиной возрастает с 9,5 до 12,3 г/см³. В центральной части внутреннего ядра плотность вещества достигает почти 14 г/см³. Все это показывает, что масса земного ядра составляет до 32 % всей массы Земли, в то время как объем всего примерно 16 % от объема Земли. Современные специалисты считают, что земное ядро почти на 90 % представляет собой железо с примесью кислорода, серы, углерода и водорода, причем внутреннее ядро имеет железо-никелевый состав, что полностью отвечает составу ряда мете­оритов.

Мантия Земли представляет собой силикатную оболочку между ядром и литосферой. Мантия в настоящее время оценивается как источник сейсмических и вулканических явлений, горообразовательных процессов, а также зона реализации магматизма.

По современным представлениям мантия имеет ультраосновной состав (пиролита, как смеси 75 % перидотита и 25 % толеитового базальта или лерцолита), в связи с чем ее часто называют перидотитовой или «каменной» оболочкой. Содержание радиоактивных элементов в мантии весьма низки. Так в среднем 10^-8 % U; 10^-7 % Th, 10^-6% ⁴⁰К. Мантия в настоящее время оценивается как источник сейсмических и вулканических явлений, горообразовательных процессов, а также зона реализации магматизма.

Земная кора представляет собой верхний слой Земли, который имеет нижнюю границу или подошву по сейсмическим данным.

Для инженера-геолога земная кора является основным объектом исследований, именно на ее поверхности и в ее недрах возводятся инженерные сооружения, т. е. осуществляется строительная деятель­ность. В частности, для решения многих практических задач важным является выяснение процессов формирования поверхности земной коры, истории этого формирования.

В целом поверхность земной коры формируется под воздействием направленных противоположно друг другу процессов:

• эндогенных, включающих в себя тектонические и магматические процессы, которые ведут к вертикальным перемещениям в земной коре — поднятиям и опусканиям, т. е. создают «неровности» рельефа;

• экзогенных, вызывающих денудацию (выполаживание, выравни­вание) рельефа за счет выветривания, эрозии различных видов и гравитационных сил;

• седиментационных (осадконакопление), как «выполняющих» осадками все созданные при эндогенезе неровности.

В настоящее время выделяются два типа земной коры: «базальто­вая» океаническая и «гранитная» континентальная. 18

Океаническая кора достаточно проста по составу и представляет собой некое трехслойное формирование. Континентальная кора резко отличается от океанической по мощности, строению и составу.

Земная кора имеет алюмосиликатный состав, представленный, главным образом, легкоплавкими соединениями. Из химических эле­ментов преобладающими являются кислород (43,13 %), кремний (26 %) и алюминий (7,45 %) в форме силикатов и оксидов.

Важным обстоятельством, отличающим земную кору от других внутренних геосфер, является наличие в ней повышенного содержания долгоживущих радиоактивных изотопов урана ²³²U, тория ²³⁷Th, калия ⁴⁰К, причем их наибольшая концентрация отмечена для «гранитного» слоя континентальной коры, в океанической же коре радиоактивных элементов ничтожно мало.

Литосфера — это каменная оболочка Земли, объединяющая зем­ную кору, подкоровую часть верхней мантии и подстилаемая астенос­ферой. Характерным признаком литосферы является то, что в нее входят породы в твердом кристаллическом состоянии и она обладает жесткостью и прочностью. Вниз по разрезу от поверхности Земли наблюдается рост температуры. Расположенная под литосферой пла­стичная оболочка мантии — астеносфера, в которой при высоких температурах вещество частично расплавлено, и вследствие этого в отличие от литосферы астеносфера не обладает прочностью и может пластично деформироваться, вплоть до способности течь даже под действием очень малых избыточных давлений.