Взгляд на современное строение земли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение………………………………………………………………………………………3

Глава 1.Как ученые исследуют земные недра………………………………………………………..5

Глава 2.Земной шар в разрезе: современные  представления………………………………………..6

Глава 3.Минералы………………………………………………………………………………………8

Глава 4.Состав и строение мантии земли…………………………………………………………….15

Заключение……………………………………………………………………………………………..22

Список литературы…………………………………………………………………………………….23

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

После того как была установлена  шарообразность Земли, встал вопрос о строении ее недр. Что находится внутри земного шара? В свое время на этот счет было высказано немало фантазий, в которых земные недра представлялись неким адом, преисподней, где томятся души грешников. В античные времена и позднее пользовалась широким признанием версия о земном шаре как каменной массе с многочисленными пустотами, внутри которых циркулируют воздух, вода и огонь. Разбушевавшиеся там свирепые ветры и огненные вихри порождают землетрясения и приводят к извержению вулканов.

Когда же появились первые более  или менее серьезные гипотезы о строении земного шара? Точно  ответить на этот вопрос трудно. Без  сомнения, надо отметить известного французского ученого Рене Декарта (1596-1650). Он полагал, что Земля прежде была таким же раскаленным телом, как и Солнце. Со временем она стала остывать, и у нее образовалась твердая оболочка с внутренними пустотами, в которых может накапливаться вода. Внутри же оболочки Земля до сих пор остается раскаленной, находится в жидком расплавленном состоянии.

Спустя примерно сто лет эти  идеи Декарта попытался развить  французский естествоиспытатель Жорж Бюффон (1707-1788). Он изложил их в 36-томном труде под названием «Естественная история». Это была первая попытка сконструировать единую геологическую историю Земли от ее возникновения до современного состояния.

В 1788 году вышел в свет труд под  названием «Теория Земли». Его  автор шотландский геолог Джеймс Геттон (1726-1796) выдвинул гипотезу, согласно которой внутри земного шара должно находиться твердое ядро, окруженное расплавленной массой (магмой). В свою очередь магма окружена твердой оболочкой, пронизанной пустотами. Происходящие на поверхности Земли геологические изменения Геттон связывал именно с магмой. Он полагал, что изливающаяся на поверхность магма превращается в гранитные и базальтовые породы, которые, накапливаясь, формируют континенты и острова.

Геттона и всех, кто его поддерживал, стали называть плутонистами. В честь Плутона, который в греческой мифологии считался подземным богом огня.

Плутонистам противостояли нептунисты. Их назвали так в честь Нептуна - бога морей и океанов в римской мифологии. Идейным руководителем нептунистов был немецкий геолог Абраам Готлиб Вернер (1749-1817). Он утверждал, что формирование континентов и островов происходило не за счет изливающейся из недр магмы, а исключительно за счет осаждения солей из океана, который некогда целиком покрывал всю нашу планету. Вернер ошибочно полагал, что именно в результате кристаллизации морских отложений вырастали на дне океана такие породы, как гранит и базальт. Вулканической же деятельности он серьезного значения не придавал.

Наступил XIX век и завершил спор между плутонистами и нептунистами в пользу плутонистов. Этому способствовало бурное развитие геологии в XIX веке - расцвет горного дела, накопление сведений о строении континентов, научные наблюдения дна морей и океанов. Сразу же заметно усилилось внимание к вулканизму. Немецкий геолог Кристиан Леопольд Бух (1774-1853) и немецкий естествоиспытатель и путешественник Александр Гумбольдт (1769-1859) выдвинули гипотезу, получившую название «гипотеза кратеров поднятия». Согласно этой гипотезе расплавленные магматические массы давят изнутри на твердую земную оболочку, приподнимают ее в тех или иных участках, могут приводить к разрывам. Именно так образуются горы и горные массивы.

Одновременно родилась еще одна гипотеза - так называемая гипотеза контракции. Наиболее полно ее сформулировал французский геолог Эли де Бомон(1798-1874). Он предположил, что по мере постепенного остывания расплавленной магмы земной шар должен немного сжиматься, и в результате земная кора будет коробиться, собираться в складки. Она будет морщиться, подобно кожуре печеного яблока. Наблюдения над Альпами прекрасно подтверждали гипотезу контракции - они демонстрировали хорошо выраженные горные складки.

Обе гипотезы (контракции и поднятия кратеров) исходили из идеи об изначально расплавленной Земле, которая со временем остыла и сформировала твердый слой земной коры. Находясь над расплавленной магмой, земная кора подвергается либо вертикальным подъемам и опусканиям, либо боковым давлениям, собирающим участки коры в складки. Тогда, в XIX столетии, все это представлялось совершенно ясным и понятным.

Но вот наступил XX век. И геологи  по-новому взглянули на многие принципиальные проблемы. Они отказались от идеи изначально расплавленной Земли. На смену ей появилась и завоевала всеобщее признание идея о первоначально холодном земном шаре. Одним из первых, кто научно обосновал эту идею, был российский ученый, академик Отто Юлъевич Шмидт (1891-1956).

Суть идеи такова. Около 5 млрд. лет  назад вокруг образовавшегося примерно в то же время Солнца вращалось  холодное газопылевое облако, состоявшее в основном из водорода. Благодаря  силам притяжения происходило объединение (слипание) частиц облака, в результате чего возникали сгустки вещества. Постепенно из объединившихся друг с  другом сгустков вещества сформировались протопланеты (будущие планеты). Поначалу это были весьма разреженные образования плотностью в тысячи и более раз меньше плотности твердых тел. Со временем протопланеты уплотнялись. Если первоначально они были однородными по составу, то с течением времени становились неоднородными. Более легкие химические элементы Протоземли сконцентрировались поближе к внешним слоям, а внутри зародилось тяжелое ядро. Получается, что Земля была изначально холодной, и только позднее под влиянием сил притяжения, а также благодаря радиоактивному распаду она разогрелась изнутри. Причем настолько сильно, что возникла вулканическая деятельность, образовалась магма, сформировавшая земные слои, включая земную кору.

Итак, есть над чем задуматься! Вместо изначально расплавленной и потом охладившейся снаружи Земли мы имеем дело с изначально холодной и потом разогревшейся изнутри Землей.

Впрочем на этом геологические сюрпризы XX столетия не закончились. Нам с тобой предстоит познакомиться с удивительным явлением движения литосферных плит по поверхности Земли. Но обо всем этом позднее, а пока сделаем передышку и поговорим о том, как ученые исследуют земные недра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава1.Как ученые исследуют земные недра

Прежде всего, отметим, что богатую  информацию о земных недрах можно  получить, исследуя не сами недра, а  земную кору, внутри которой они  заключены. Многие выводы можно сделать, наблюдая строение континентов, островных  дуг, океанического дна. Изучение земной коры проводится в наше время различными способами. К ним относятся, например, наблюдения земной поверхности, выполняемые  с помощью искусственных спутников  Земли, выявление рельефа океанического  дна с помощью эхолокации, измерения магнитного поля Земли в разных участках ее поверхности. Разумеется, большую роль играет бурение глубоких и сверхглубоких скважин. Как на суше, так и на морском дне. В настоящее время существует достаточно много скважин глубиной 6-7 км. Имеются отдельные скважины, приближающиеся к десятикилометровому рубежу. Самая глубокая скважина в мире находится в России на Кольском полуострове. Ее глубина достигает 12 км.

Но ученые не ограничиваются изучением  земной коры. Они нашли способ «просматривать», а лучше сказать «прослушивать» земные недра во всем их объеме. Речь идет о сейсмологии - разделе геофизики, изучающем землетрясения и использующем их, в частности, для исследования внутреннего строения Земли, определения положения границ раздела между различными твердыми оболочками земного шара («сейсмос» по-гречески означает «колебание»). В связи с этим говорят о сейсмических методах исследования земных недр. Познакомимся с ними поближе.

Известный российский ученый, один из основателей сейсмологии Борис Борисович Голицын (1862-1916) говорил: «Можно уподобить землетрясение фонарю, который зажигается на короткое время и освещает нам внутренность Земли, позволяя тем самым рассмотреть то, что там происходит». Предположим, что в каком-то месте внутри Земли произошел подземный толчок. Он может быть вызван землетрясением или искусственным взрывом. От этого толчка тут же начинают распространяться во все стороны колебания земной породы (сейсмические волны). Вот их-то и исследуют сейсмологи.

Сейсмические волны бывают двух типов - продольные и поперечные. В продольных волнах колебания частиц породы представляют собой смещения взад и вперед вдоль направления распространения волны. Фактически это есть волны сжатия и разрежения; они очень похожи на звуковые волны, распространяющиеся в воздухе. В поперечных волнах колеблющиеся частицы среды смещаются перпендикулярно к направлению распространения

волны. Чтобы такое было возможно, среда должна обладать достаточной  жесткостью («работать» не только на сжатие и растяжение, но также и на сдвиг). Поэтому поперечные волны не могут  наблюдаться в воздушной среде. Практически они не наблюдаются  также и в жидкой среде.

Поперечные сейсмические волны  распространяются медленнее продольных. Вообще же скорость сейсмической волны зависит от плотности среды: чем выше плотность, тем больше скорость. Когда сейсмическая волна достигает границы, на которой менее плотная среда резко сменяется более плотной, происходит частичное или полное отражение волны. Возможно, кроме того, преломление волны на границе сред. Примерно так же ведут себя световые лучи на границе двух прозрачных сред.

Специальные приборы, называемые сейсмографами, улавливают и фиксируют сейсмические волны, распространяющиеся внутри Земли от места землетрясения или искусственного взрыва. Сейсмографы позволяют определить скорость волн, выявляют те или иные отражения и преломления волн. В результате внутренность Земли и в самом деле как бы прослушивается.

Земной шар представлен здесь  упрощенно в виде однородного  твердого тела, внутри которого находится  однородный жидкий шар (он показан штриховкой). Стрелками представлены направления  распространения сейсмических волн (сейсмические лучи); А - центр взрыва. Сплошными лучами изображены продольные волны, а штриховыми - поперечные. Лучи 1 и 2 выходят на поверхность Земли в точках В и С соответственно. Лучи прямые, поскольку среда предполагается однородной. В реальных средах плотность плавно изменяется в пределах того или иного объема, что приводит к искривлению сейсмических лучей. Волна 3 на нашем чертеже падает на границу раздела твердой и жидкой сред. На границе она частично отражается и выходит на поверхность в точке 2), а частично преломляется и выходит на поверхность в точке Е. Волна 4 является поперечной; попадая в жидкую среду, она гаснет.

На той же странице представлены скорости продольных (сплошные линии) и поперечных (штриховые линии) сейсмических волн на разной глубине внутри земного  шара. В целях наглядности шкала  глубин не является здесь однородной. Приведенные графики четко выявляют границу Мохоровичича,отделяющую земную кору от мантии (эта граница проходит на глубине 50 км), вязкий слой астеносферы (от 100 км до 300 км), верхнюю границу нижней мантии (на глубине 1000 м), границу раздела мантии и ядра (на глубине 2900 км). Впрочем, обо всем этом мы подробнее поговорим в следующем параграфе.

 

Глава 2.Земной шар в разрезе: современные представления

Справка. Земной шар имеет объем 1,08 10²¹ м³. Его средний радиус составляет 6371 км; экваториальный радиус равен 6378 км, полярный радиус - 6357 км. Масса земного шара составляет 5976 * 10²¹ кг. Средняя плотность равна 5520 кг/м³, т.е. 5,52 г./см³ (в 5,5 раз больше плотности воды).

А теперь посмотрим, как выглядит земной шар в разрезе. В самых общих  чертах он выглядит так:

в центре находится ядро; радиус ядра составляет в среднем 3470 км (иными словами, поверхность ядра находится в среднем на глубине 6370 - 3470 = 2900 км);

ядро окружено мантией;

мантия окружена тонким слоем земной коры (толщина этого слоя в разных участках земной поверхности изменяется примерно от 10 км до 90 км).

Итак, снаружи тонкая земная кора, под ней мантия, а под мантией  ядро.

Переходя к более подробному разговору о земном ядре, начнем с земной коры. Это очень тонкий, но в то же время очень важный слой. Только в пределах этого слоя в земных недрах присутствуют живые  организмы. Именно из этого слоя добывают люди полезные ископаемые.

Земная кора под дном океанов (океаническая земная кора) весьма сильно отличается от коры на суше (континентальной земной коры). Океаническая кора особенно тонкая: она составляет по толщине всего 5-10 км. Тогда как континентальная кора имеет на равнинах толщину 30-40 км, а в горных местностях достигает 70-90 км. Любопытно, что, чем выше горный массив, тем глубже уходит под него земная кора. Как если бы у гор были своеобразные корни. Океаническая кора состоит в основном из базальтовых пород, поверх которых имеется небольшой слой осадочных пород (глины, пески, песчаники, известняки). Континентальная кора содержит кроме осадочных и базальтовых пород также гранитные породы. Возраст океанической земной коры не превышает примерно 150-170 млн. лет. Возраст же континентальной земной коры много больше: он может превышать 3 млрд. лет.

Под земной корой начинается так  называемая мантия, состоящая из магматических  пород, похожих на базальты. Между  земной корой и мантией существует достаточно четкая граница. Ее обнаружил  в 1909 году хорватский геофизик Андрия Мохоровичич (1857-1936). В его честь границу,