ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ

Вопрос 1

Форма и размеры Земли

По современным космогоническим представлениям Земля образовалась примерно 4,6-4,7 млрд. лет назад из захваченного притяжением Солнца протопланетного… Земля – третья планета Солнечной системы. Ее орбита находится между орбитами… В целом по форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. В нашей стране…

Вопрос 2

ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЗЕМЛИ.

Путешествие к центру Земли

Одна из важнейших загадок науки – совсем не глубины космоса и не тайны исчезнувших цивилизаций. Нет. Строение нашей планеты – вот то, что больше всего волнует ученых. А, казалось бы, что может быть трудного в изучении земли, по которой мы ходим?

Автор фото

Не так легко исследовать нашу собственную планету, как это может показаться. Ведь нам доступна только суша, на которой мы обитаем, и даже изучение глубин океана представляет определенную трудность, и стало возможно лишь недавно, с изобретением глубоководных аппаратов и эхолотов.

К счастью, мы не можем просто распилить Землю пополам и посмотреть, что внутри. Существует немало способов изучения планеты без подобных радикальных мер. Тут и математическое моделирование условий, предположительно существующих в недрах Земли, и бурение многокилометровых скважин для получения материалов. Однако основным методом сейчас остается изучение сейсмических волн.

Вулкан Каримский на Камчатке Автор фото

Колебания земной коры происходят постоянно – каждый час в разных точках нашей планеты регистрируется до 10 толчков разной силы. Все эти сейсмические свидетельства тщательно фиксируются сейсмографами. Дело в том, что сейсмические волны бывают двух типов: продольные, способные распространяться в твердом веществе и в жидкостях, и поперечные, которые распространяются только в твердом веществе. Эта информация, наряду с разной скоростью распространения волн в разных по составу веществах, и помогает ученым делать выводы о составе и строении земных недр.

Наша планета – крупнейшая из планет земной группы в Солнечной системе. Она состоит в основном из железа (32,1%), кислорода (30,1%), кремния (15,1%), магния (13,9%), серы (2,9%) и никеля (1,8%), все остальные вещества довольно редки и все вместе составляют не более 1,2%. Чтобы понять, каков состав Земли, нужно взглянуть на обстоятельства ее образования.

Современная наука считает, что Земля образовалась вместе с другими планетами Солнечной системы около 4,5 млрд. лет назад из вещества, вращавшегося беспорядочно вокруг юного Солнца. Благодаря магнитному полю, планета захватывала куски и обломки, вращавшиеся рядом, и росла. Сначала это происходило так бурно, что Земля сильно нагрелась – кинетическая энергия притягиваемого вещества превращалась в тепловую. Постепенно с ростом планеты эта энергия образовывалась уже не на поверхности, а в глубине, под влиянием температуры и гравитации вещество расслаивалось – более легкие вещества поднимались на поверхность и образовывали земную кору. По мере того, как Земля охлаждалась, кора затвердевала, а высвобождаемые при этом газы либо улетучивались в космос, либо, если были достаточно тяжелыми, задерживались притяжением планеты и образовывали атмосферу. Часть водяных паров впоследствии сконденсировалась и образовала мировые океаны.

Соответственно, широкое распространение получила теория, что Земля состоит из твердого ядра, вязкой мантии и твердой коры. Эту теорию разработали в начале XX в. сейсмологи Г. Джеффрис и Б. Гуттенберг, и долгое время она считалась отправной точкой для всех исследований строения земли. Однако в середине прошлого века тщательные сейсмологические исследования позволили предположить, что строение земли более сложное.

Так, ядро состоит из двух частей. Внутреннее ядро твердое, по радиусу оно не превышает 1225 км. Это самая плотная часть Земли, она состоит из металлов, преимущественно железа, а также радиоактивных изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. Распад этих элементов обеспечивает образование внутренней энергии тепла планеты. Температура в ядре поднимается, как считается, до 7000 К, а давление достигает 360 ГПа. Внешняя часть ядра жидкая.

За ядром следует мантия, составляющая 67% массы Земли и 83% ее объема. Мантия – толща частично расплавленного вязкого вещества, гораздо более плотного, чем внешняя часть ядра планеты, но все еще не твердого. Она состоит из перидотитов – пород, содержащих силикаты магния, железа, кальция. Так как мантия – самый широкий из слоев Земли, то физические условия во всей ее толще неодинаковы. Чем глубже к ядру планеты, тем выше давление, и вещества мантии претерпевают значительные изменения. На глубине примерно 660 км эти изменения становятся необратимыми, и там образуется граница, через которую мантийное вещество уже не может взаимопроникать.

Таким образом, мантия разделяется на два слоя – верхний и нижний. Нижний слой простирается до земного ядра, и за все время жизни нашей планеты он претерпел малозначительные изменения, верхний же расположен непосредственно под земной корой и образует ее. Между мантией и корой проходит четкая граница, определяемая исследованием движения сейсмических волн – граница Мохоровичича, названная так по фамилии югославского сейсмолога, обнаружившего ее еще в 1909 г.

Автор фото

Говоря о земной коре, образующей континенты, океаны и сушу, на которой мы все живем, нельзя не рассказать о теории литосферных плит. Наружная часть мантии, на которой расположена кора, является, по сути, перегретой вязкой жидкостью. В ней постоянно происходят тепловые процессы, приводящие к деформации литосферы – каменной оболочки Земли. Литосфера напоминает собой потрескавшееся яйцо, где каждая скорлупка – это литосферная плита. Под влиянием процессов, происходящих в мантии, эти плиты постоянно двигаются относительно друг друга.

Еще в XVII вв. людей поражало совпадение береговой линии западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки. Но только теперь наука пришла к пониманию, что некогда эти береговые линии совпадали, образуя один континент, который за миллионы лет раскололся и разошелся по разным полушариям.

Крупнейшими литосферными плитами являются африканская, антарктическая, австралийская, тихоокеанская, евразийская, северо-американская и южно-американская, а более маленькими – индостанская, арабская, карибская, плита наска и плита Скотия. Индостанская плита почти приросла к австралийской еще 50 млн. лет назад. Тихоокеанская плита – самая быстрая, она двигается со скоростью около 70 мм в год, а евразийская – самая медленная. Ее скорость не превышает 21 мм в год.

Исследования строения нашей планеты продолжают вестись все новыми и новыми методами. Ведь посылая аппараты в космос для изучения других планет, мы должны приложить все усилия и для понимания устройства нашей родины. Самая глубокая в мире исследовательская скважина пробурена на Кольском полуострове, ее глубина составляет 12262 метра. Эта скважина была заложена в мае 1970 г в рамках первой программы сверхглубокого континентального бурения. Второй по глубине в СССР стала Саатлинская скважина на территории Азербайджана, ее глубина составила 8324 м. Проектная глубина равнялась 11 км, но, к сожалению, как независимое государство Азербайджан не смог финансировать такой долгосрочный научный проект. Во времена СССР было пробурено еще 10 научных скважин глубиной от 4 до 9 км. В настоящее время в России продолжается бурение Уральской сверхглубокой скважины.

Кольская скважина – не только строчка в книге рекордов Гиннеса, в которую она была занесена в 1984 г. Мало того, что она позволила описать жизнь на планете в возрасте от 1,5 до 3 млрд. лет – полученные данные не соответствовали предварительным прогнозам. Буквально каждый метр скважины приносил ученым новые открытия, в том числе 14 видов окаменевших микроорганизмов – микрофасилий – что позволило понять, что органика появилась на земле на 1,5 млрд. лет раньше, чем это предполагалось ранее!

Автор фото

Немало слухов ходило о Кольской скважине. И странные звуки из глубин, и оплавленные тросы, и даже лезущие из недр планеты черти – что только не обсуждали журналисты. Но настоящая сенсация, по словам доктора технических наук Давида Губермана, директора Научно-производственного центра "Кольская сверхглубокая", это научные знания, полученные с помощью этой скважины.

Сейчас она законсервирована. По словам руководства, все, что можно было получить с ее помощью – уже получено, причем не только научную информацию, но и вполне практические знания о выходящих на поверхность рудах.

В свое время разработка Кольской скважины стимулировала подобные проекты в других странах. Множество как научных, так и промыслово-разведовательных – для поиска нефти – скважин появилось по всему миру. Одной из самых известных является немецкая сверхглубокая скважина КТБ-Оберпфальц в Баварии – ее глубина 9101 м.

Не прекращаются сейсмологические исследования и изучение дна океанов с помощью эхолокации. Возможно, когда-нибудь все наши теории о строении Земли перестанут быть теориями и превратятся в твердое научное знание. Пока же – мы продолжаем изучать

Вопрос 3

Строение земной коры

В строении земной коры океанического типа выделяют следую­щие слои: неуплотненных осадочных пород (до 1 км), вулкани­ческий океанический, который… Земная материковая кора состоит из таких оболочек: коры вы­ветривания,… Кора выветривания — это верхняя часть земной коры. Акаде­мик О. Е. Ферсман определил, что ее толщина составляет около…

Вопрос 4

Горные породы и минералы

Вопрос 5

Общее понятие о минералах и горных породах

Большинство химических элементов встречается в природе в форме различных соединений, называемых минералами. Минералом можно назвать всякое… Кристаллические минералы состоят из кристаллов геометрически правильной формы;… Число минералов, входящих в состав важнейших горных пород, сравнительно невелико — около 50. Всего же известно около…

Вопрос 6

Наибольшее значение имеют силикаты (75 % массы земной коры). Для каждой группы пород — магматических, метаморфических и осадочных — характерны свои… Для верхней мантии породообразующие минералы: оливин, плагиоклаз, шпинель,… Наиболее распространённые минералы земной коры (каждой генетической группе пород свойственны свои породообразующие…

Вопрос 7

Основные структуры

Тектоносферы, литосферы и земной коры.

Основные структуры литосферы

Тектоносфера — это внешняя оболочка Земли, охватывающая земную кору и верхнюю мантию, основная область проявления тектонических и магматических… Сам термин «тектоносфера» в геологической литературе используется всего…