Петрофізичні властивості земних надр

 

Земна куля в межах, які доступні для спостереження, складається, як відомо, з кількох оболонок – атмосфери, гідросфери та літосфери. Остання є самою верхньою кам’яною оболонкою Землі, вона ще називається земною корою. На початку ХХ століття В.І. Вернадський [1] до трьох вищеназваних зовнішніх сфер додав ще дві: кріосферу (уривчасту льодовикову оболонку) та біосферу (оболонку, яка зайнята живою речовиною). Всі ці зовнішні оболонки перебувають в безперервній взаємодії та розвитку (рис. 1.1). Вивчаються вони комплексом різних наук. Але пізнання розвитку зовнішніх оболонок неможливе без вивчення більш глибоких частин земної кулі.

Рисунок 1.1 – Схема будови Землі (за Х. Такеучі та ін., 1970)

За формою планета Земля, що є загальновідомим – геоїд, тобто тіло складної форми, яке рухається в Сонячній системі (відносно до променів Сонця) досить складними формами руху, що і обумовлює різноманітні геологічні процеси в ній та на її поверхні. На рис.1.2 зображена карта геоїда, приведеного до стискання 1/298,25, побудована за результатами гравіметричних спостережень на поверхні Землі і спостережень зі штучних супутників та при розкладанні потенціалу за сферичними функціями до 14-20 порядку.Урівнена поверхня геоїда не співпадає ні з рельєфом твердої оболонки Землі, ні з поверхнею еліпсоїда обертання. Складність поверхні геоїда пов’язана з нерівномірним розподіленням мас на поверхні Землі та в її корі. Надлишок або недостатність мас взаємопов’язані з нерівномірним розподіленням щільності речовини Землі. При дефіциті мас поверхня геоїда прогинається, при надлишку – піднімається [4, 5].

Визначення розмірів геоїда сучасними методами показало, що його поверхня дещо перевищує 510 млн. км², а об’єм Землі близький до 1,1 млрд. км³. Радіус кулі (рис. 1.3) рівновеликого геоїду складає 6371км при значеннях полярного та екваторіального радіусів земного еліпсоїду відповідно 6357км та 6378км.

Інші характеристики Землі – маса та щільність – визначаються, виходячи з основних законів фізики.

 

 

Підрахунки здійснюються за формулою:

М=, (1.1)

де, f – стала Ньютона;

q – прискорення вільного падіння;

R – радіус геоїда.

Отже, отримуємо масу, яка дорівнює 5,98×10²¹ тон [5].

З іншого боку, виходячи з об’єму кулі, приблизно можна визначити середню щільність Землі:

(d_ср). d_ср=. (1.2)

Вона виявилася рівною 5,517 г/см³, що майже удвічі перевищує щільність найбільш поширених у земній корі гірських порід. Це можна пояснити збільшенням щільності глибинних шарів, яка перевищує середнє для планети значення (5,52 г/см³).

Рисунок 1.2 – Карта геоїда. Ізолінії – висота в метрах над поверхнею сфероїду (за даними М. Ботта).