Особенности внутреннего строения земли. Геологическое развитие и строение земли

Фигура и размеры Земли

Слова и словосочетания

Первые представления о форме и размерах Земли появились еще в глубокой древности. Так, Аристотель (III век до н.э.) привел первые доказательства шарообразности Земли, когда заметил округлую тень ее на диске Луны во время лунных затмений. Точный ответ о форме и размерах Земли дают измерения длины дуги меридиана величиной в один градус в разных местах на поверхности Земли. Эти измерения показали, что длина дуги меридиана в 1 0 в полярных областях наибольшая и составляет 111,7 км, а на экваторе она наименьшая – 110,6 км. Следовательно, наша Земля не является по своей форме шаром. Экваториальный радиус Земли больше полярного на 21,4 км. Таким образом, пришли к заключению, что форма нашей планеты соответствует эллипсоиду вращения. п оследующие измерения показали, что Земля сжата не только на полюсах, но и по экватору, т.к. наибольший и наименьший радиусы экватора отличаются по длине на 213 м. Представление о Земле как об эллипсоиде (или сфероиде) верны, но в действительности реальная поверхность Земли более сложная, т.к. на поверхности ее имеются глубокие впадины и возвышенности. Наиболее близкой к современной фигуре Земли является фигура, получившая название геоида .

Геоид – форма, которая определяется поверхностью свободно распределенной воды. В такой фигуре сила тяжести повсеместно располагается перпендикулярно к ее поверхности (рис. 1).

Современные результаты измерения геоида дают следующие значения: экваториальный радиус r э = 6378,16 км, полярный радиус r п = 6357,78 км, среднее значение радиуса – 6371,11 км. Длина экватора: L = 40075,696 км; площадь поверхности – 510,2 млн км 2 , ее объем – 1,083 × 10 12 км 3 , масса – 5,976 × 10 27 г.

На основании разницы в длине экваториального (а ) и полярного (в ) радиусов определена величина полярного сжатия Земли:

r = .

и звестно, что Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите на среднем расстоянии 149,5 млн км. п ериод обращения равен 365,242 ср. солн. сут. Скорость обращения в среднем составляет 29,8 км/с. Период вращения Земли вокруг собственной оси 23 часа 56 минут и 4,1 секунды. Скорость вращения Земли постепенно уменьшается, поэтому продолжительность суток за столетие увеличивается на 0,001 сек. Положение оси вращения осложняется медленным поворотом ее по круговому конусу (полный оборот за 26 тыс. лет) и колебанием оси с периодом 18,6 лет (явления прецессии и нутации).

1.2.

Геофизические поля и физические свойства Земли

Слова и словосочетания

Под геофизическими полями Земли понимают естественные физические поля, создаваемые этой планетой. К ним относятся гравитационное, магнитное, тепловое и электрическое.

Гравитационное поле . На Земле постоянно действует сила притяжения, направленная к центру, и центробежная сила. Равнодействующая этих двух сил определяет силу тяжести. Единица измерения силы тяжести в гравиразведке названа в честь Галилея галом (1 см/с 2 = 1 Гал).

Особенности распределения силы тяжести на поверхности Земли были определены еще в XVIII веке французским математиком А. Клеро. Он впервые вывел формулу для вычисления силы тяжести на любой географической широте сфероида при известных значениях силы тяжести (ускорения свободного падения) у полюса и на экваторе:

g = g э +(g n – g э )sin 2 u,

где g , g э , g n – ускорение свободного падения, соответственно, для данной географической широты (u ), на экваторе и на полюсе.

Нормальные значения ускорения свободного падения на Земле уменьшаются от 978 см/с 2 на полюсах до 983 см/с 2 на экваторе. Однако, эти значения существенно отличаются от фактически измеряемых на поверхности Земли. Это отличие обусловлено изменением плотности пород, слагающих Землю. Эта особенность гравитационного поля и лежит в основе прикладного использования гравиметрического метода. Измерение ускорения свободного падения (g ) производится специальными приборами – гравиметрами. Отклонение фактических данных (g ) от теоретических значений для данной местности называются гравитационными аномалиями . По результатам гравиметрических измерений строятся гравиметрические профили и карты. Гравиметрические аномалии тесно связаны с распределением плотностей. Над плотными породами сила тяжести повышается, над менее плотными (легкими) она уменьшается. Следовательно, по гравиметрическим картам можно определять строение земной коры. Так, например, над выступами фундамента, породами основного и ультраосновного состава (габбро, перидотиты), рудами тяжелых металлов наблюдаются высокие значения тяжести (положительные аномалии), а над более легкими – относительное понижение значений силы тяжести (рис.2).

Магнитное поле Земли. Магнитные свойства нашей планеты были известны еще в древнем Китае. Наша з емля – это гигантский магнит с магнитным полем вокруг, которое простирается за пределы планеты на несколько земных радиусов. Как всякий магнит, Земля имеет магнитные полюса, которые, однако, не совпадают с географическими полюсами, так как центр магнитного поля смещен относительно центра нашей планеты на 430 км (рис.3). В 1970 году положение магнитных полюсов определялось соответственно: Южный – вблизи Северной Гренландии (74 ° с.ш. и 100 ° з.д.), а Северный – к западу от моря Росса в а нтарктиде (68 ° ю.ш. и 145 ° в.д.).

В положении магнитных полюсов отмечаются вековые, годовые и суточные колебания. Причем вековые колебания достигают 30 0 .

Нагляднее всего магнитное поле Земли проявляется своим действием на магнитную стрелку, которая в любой точке земной поверхности устанавливается строго по магнитному меридиану. Ввиду несовпадения магнитных и географических полюсов, в показаниях магнитной стрелки различают магнитное склонение и наклонение.

Магнитное склонение – угол отклонения магнитной стрелки (магнитного меридиана) от географического меридиана данной местности. Склонение может быть восточным и западным (рис.4). Изогоны – это линии, соединяющие на карте точки с одинаковым склонением. Нулевая изогона определяет положение магнитного меридиана.

Магнитное наклонение – угол наклона магнитной стрелки к горизонту. В северном полушарии опущен вниз северный конец магнитной стрелки, в южном – южный конец стрелки. Линии, которые соединяют точки одинакового наклонения, называются изоклинами . Нулевая изоклина соответствует магнитному экватору.

Кроме склонения и наклонения магнитное поле характеризуется напряженностью, которая невелика и не превышает 0,01А/м. л инии, которые соединяют точки равной напряженности, называются изодинамами . Напряженность магнитного поля увеличивается от магнитного экватора к полюсам. Отклонение значений напряженности магнитного поля от среднего значения для данной местности называется магнитными аномалиями . Они связаны с различными магнитными свойствами горных пород, в разной степени намагничивающихся в магнитном поле Земли.

Благодаря неоднородности магнитных свойств различных горных пород поиски полезных ископаемых ведутся методом магниторазведки. Также выясняются особенности геологического строения земной коры (рис.5). Магнитные свойства изучают с помощью магнитометров не только наземных, но и тех, которые устанавливают на самолетах и космических аппаратах.

По остаточной намагниченности горных пород появилась возможность восстанавливать элементы древнего магнитного поля (положение полюсов и напряженность), что дало начало новой отрасли геологии – палеомагнетизму. Палеомагнитные исследования показали, что магнитные полюса в течение последних пятисот миллионов лет непрерывно перемещались в западном направлении со скоростью 1 см/год – миграция магнитных полюсов (рис. 6). Еще одной особенностью магнитного поля Земли является периодическая смена полярности магнитных полюсов, т.е. инверсия полюсов . Через каждые 200–300 тысяч лет Северный полюс магнита Земли становится южным и наоборот. Шкалу магнитных инверсий используют для расчленения и сопоставления толщ горных пород и определения возраста. По современным представлениям, геомагнитное поле Земли имеет электромагнитную природу. Оно возникает под действием сложной системы электрических токов, которые сопровождают турбулентную конвекцию вещества в жидком внешнем ядре. Следовательно, Земля работает, как динамомашина (динамотеория Френкеля – Эльзассера).

Тепловое поле Земли. Тепловой режим Земли обусловлен теплотой, которая выделяется из ее недр. Кроме того, для поверхности Земли имеет значение и теплота, получаемая от Солнца. В каждую минуту на 1 см 2 земной поверхности поступает от Солнца около 8,173 Дж тепла. Эта величина называется солнечной постоянной. Одна третья часть солнечной энергии отражается атмосферой и поверхностью Земли и рассеивается. и злучение Солнца намного превышает количество тепла, поступающего из глубины (около 4×10 –4 Дж в минуту). Поэтому температура на поверхности нашей планеты и верхнего слоя литосферы определяется излучением Солнца. Она колеблется (изменяется) в разное время суток и в разные времена года.

На некоторой глубине от поверхности располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Так, в Москве на глубине 20 метров от поверхности наблюдается постоянная температура, равная + 4,2 0 С, а в Париже +11,8 0 С на глубине 28 м. н иже пояса постоянной температуры под влиянием внутреннего тепла Земли температура возрастает в среднем на 3 0 С на каждые 100 м. и зменение температуры в градусах на единицу глубины называется геотермическим градиентом , а интервал глубины в метрах, на котором температура повышается на 1 ˚ , называется геотермической ступенью (ее среднее значение составляет 33 м).

Изучение внутреннего теплового потока показало, что его значение зависит от интенсивности эндогенных процессов и от степени подвижности коры. Среднее для Земли значение теплового потока около 1,4–1,5 мккал/см 2 ×с. п овышенные значения теплового потока наблюдаются в горных сооружениях (до 2 – 4 мккал/см 2 ×с), в пределах рифтовых долин срединно-океанических хребтов (до 2 мккал/см 2 ×с и более, достигая местами 6,0–8,0 мккал/см 2 ×с). в ысокие значения теплового потока отмечены также во внутренних рифтах Красного моря, озера б айкал. Основными источниками внутренней тепловой энергии Земли считаются:

р адиогенное тепло, связанное с распадом радиоактивных элементов ( 238 U , 235 U , 232 Th , 40 K и др).

г равитационная дифференциация вещества на границе мантии и ядра, которая сопровождается выделением тепла.

Как уже отмечалось, с увеличением глубины наблюдается увеличение температуры. Так, например, в Кольской сверхглубокой скважине, расположенной в пределах древнего кристаллического щита Восточно- е вропейской платформы, расчетный геотермический градиент был принят 1 ˚ С на 100 м, а ожидаемая температура на глубине 15 000 метров должна составить 150–160 ˚ С. и менно так распределялась температура до глубины 2 500 – 3 000 м. Д алее картина изменилась. Величина теплового потока увеличилась в два раза, и температурный градиент составил 1,7 – 2,2 ˚ С на 100 м. н а отметке 12 000 метров температура оказалась выше 200 ˚ С вместо ожидаемых 120 ˚ С.

По расчетам различных авторов на глубине 100 км температура не превышает 1300 – 1500 ˚ С, т.к. именно с этих глубин изливается на поверхность лава с температурой 1100 – 1250 0 С. т емпература более глубоких зон мантии и ядра оценивается весьма приблизительно 4000 – 5000 ˚ С (рис.7).

Распределение и изменение температуры в верхних слоях земной коры в основном связано с локальными источниками тепла, а также различной теплопроводностью горных пород.

К локальным источникам следует отнести: магматические очаги, зоны разломов с активной циркуляцией термальных вод, участки с повышенной концентрацией радиоактивных элементов и др. с ущественное влияние на распределение тепла оказывает теплопроводность горных пород. Так, например, кристаллические породы обладают более высокой теплопроводностью, чем рыхлые осадочные породы, а теплопроводность вдоль пластов значительно выше, чем в перпендикулярном к напластованию направлении. Поэтому при залегании, близком к вертикальному, толще осадочных пород будет свойственна более высокая температура, чем при горизонтальном залегании. Этим объясняется повышение температуры над нефтяными месторождениями, которые расположены в выпуклых изгибах пластов (рис. 8). т емпература недр – один из основных факторов, контролирующих образование скоплений многих полезных ископаемых. Так, аккумуляцию углеводородов разного фазового состава обусловливает пластовая температура и давление, в зависимости от которых формируются залежи преимущественно однофазовые (нефтяные или газовые), двухфазовые (газонефтяные) или находятся в критическом состоянии (газоконденсатные). т аким образом, сведения о пластовом давлении и температуре позволяют целенаправленно вести поиски месторождений нефти и газа.

В ХХ веке путем многочисленных исследований человечество раскрыло тайну земных недр, строение земли в разрезе стало известно каждому школьнику. Для тех, кто еще не знает, из чего состоит земля, каковы ее основные слои, их состав, как называется самая тонкая часть планеты, мы перечислим ряд значимых фактов.

Вконтакте

Форма и размеры планеты Земля

Вопреки всеобщему заблуждению наша планета не круглая . Ее форма называется геоид и представляет собой слегка сплюснутый шар. Места, у которых земной шар сдавлен, называются полюсами. Через полюса проходит ось земного вращения, наша планета совершает один оборот вокруг нее за 24 часа — земные сутки.

Посередине планету опоясывает – воображаемая окружность, разделяющая геоид на Северное и Южное полушария.

Кроме экватора, существуют меридианы — окружности , перпендикулярные экватору и проходящие через оба полюса. Один из них, проходящий через Гринвичскую обсерваторию, называют нулевым – он служит точкой отсчета географической долготы и часовых поясов.

К основным характеристикам земного шара можно отнести:

• диаметр (км.): экваториальный – 12 756, полярный (у полюсов) – 12 713;
• длина (км.) экватора – 40 057, меридиана – 40 008.

Итак, наша планета представляет собой своеобразный эллипс — геоид, вращающийся вокруг своей оси проходящей через два полюса – Северный и Южный.

Центральная часть геоида опоясана экватором – окружностью разделяющей нашу планету на два полушария. Для того, чтобы определить, каков радиус земли, используют половинные значения его диаметра у полюсов и экватора.

А теперь о том из чего состоит земля, какими оболочками она покрыта и каково строение земли в разрезе .

Земные оболочки

Основные оболочки земли выделяют в зависимости от их содержимого. Так как наша планета имеет форму шара, ее оболочки, удерживаемые силой тяжести, называются сферами. Если посмотреть на строение земли в разрезе, то можно увидеть три сферы:

По порядку (начиная от поверхности планеты) они располагаются следующим образом:

1. Литосфера – твердая оболочка планеты, включающая минеральные слои земли.
2. Гидросфера – содержит водные ресурсы — реки, озера, моря и океаны.
3. Атмосфера – представляет собой воздушную оболочку, окружающую планету.

Кроме того, выделяют и биосферу включающую в себя все живые организмы, которые заселяют другие оболочки.

Важно! Многие ученые население планеты относят к отдельной обширной оболочке под названием антропосфера.

Земные оболочки – литосфера, гидросфера и атмосфера – выделены по принципу объединения однородной составляющей. В литосфере – это твердые породы, почва, внутреннее содержимое планеты, в гидросфере – вся ее , в атмосфере – весь воздух и другие газы.

Атмосфера

Атмосфера – газовая оболочка, в ее состав входят : , азот, углекислый, газ, пыль.

1. Тропосфера – верхний слой земли, содержащий большую часть земного воздуха и простирающийся от поверхности на высоту от 8-10 (у полюсов) до 16-18 км (у экватора). В тропосфере образуются облака и различные воздушные массы.
2. Стратосфера — слой, в котором содержание воздуха значительно ниже, чем в тропосфере. Его толщина в среднем составляет 39-40 км. Начинается этот слой с верхней границы тропосферы и заканчивается на высоте около 50 км.
3. Мезосфера – слой атмосферы, простирающийся с 50-60 по 80-90 км над земной поверхностью. Характеризуется устойчивым понижением температуры.
4. Термосфера – расположена в 200-300 км от поверхности планеты, отличается от мезосферы ростом температуры по мере увеличения высоты.
5. Экзосфера – начинается с верхней границы, лежащей ниже термосферы, и постепенно переходит в открытый космос, для нее характерно низкое содержание воздуха, высокая солнечная радиация.

Внимание! В стратосфере на высоте порядка 20-25 км находится тонкий слой озона, предохраняющий все живое на планете от губительных для него ультрафиолетовых лучей. Без него все живое бы очень скоро погибло.

Атмосфера – земная оболочка, без которой жизнь на планете была бы невозможна.

Она содержит в себе необходимый для дыхания живых организмов воздух, определяет подходящие погодные условия, защищает планету от негативного влияния солнечной радиации.

Атмосфера состоит из воздуха, в свою очередь воздух приблизительно на 70% состоит из азота, 21% — кислород, 0,4% углекислый газ и остальные редкие газы.

Кроме этого, в атмосфере есть важный озоновый слой, примерно на высоте 50 км.

Гидросфера

Гидросфера — все жидкости на планете.

Данная оболочка по месторасположению водных ресурсов и степени их солености включает:

• мировой океан – огромное пространство занятое соленой водой и включающее в себя четыре и 63 моря;
• поверхностные воды континентов – пресноводные, а также изредка солоноватые водоемы. Подразделяются по степени текучести на водоемы с течением – реки на и водоемы со стоячей водой — озера, пруды, болота;
• подземные воды – находящиеся под земной поверхностью пресные воды. Глубина их залегания колеблется от 1-2 до 100-200 и более метров.

Важно! Огромное количество пресной воды на настоящее время находится в виде льда – на сегодняшний день в зонах вечной мерзлоты в виде ледников, огромных айсбергов, постоянного не тающего снега, содержится около 34 млн. км3 запасов пресной воды.

Гидросфера – это, прежде всего , источник пресной питьевой воды, один из основных климатообразующих факторов. Водные ресурсы используются в качестве путей сообщения и объектов туризма и рекреации (отдыха).

Литосфера

Литосфера — это твердые (минеральные) слои земли. Толщина данной оболочки составляет от 100 (под морями) до 200 км (под континентами). Литосфера включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии.

То, что расположено ниже литосферы, является непосредственно внутренним строением нашей планеты.

Плиты литосферы преимущественно состоят из базальта, песка и глины, камня, а также грунтового слоя.

Схема строения земли вместе с литосферой представлена следующими слоями:

• земная кора — верхний, состоящий из осадочных, базальтовых, метаморфических пород и плодородной почвы. В зависимости от места нахождения, различают континентальную и океаническую кору;
• мантия – находится под земной корой. Весит около 67% от общей массы планеты. Мощность данного слоя составляет около 3000 км. Верхний слой мантии вязкий, залегает на глубине 50-80 км (под океанами) и 200-300 км (под материками). Нижние слои более твердые и плотные. В состав мантии входят тяжелые железистые и никелевые материалы. Процессами, происходящими в мантии, обусловлены многие явления на поверхности планеты (сейсмические процессы, извержение вулканов, формирование месторождений);
• Центральную часть земли занимает ядро, состоящее из внутренней твердой и наружной жидкой части. Толщина внешней части составляет около 2200 км, внутренней – 1300 км. Расстояние от поверхности до ядра земли составляет около 3000-6000 км. Температура в центре планеты составляет около 5000 Сº. По мнению многих ученых, ядро земли по составу представляет собой тяжелый железно-никелевой расплав с примесью других, сходных по свойствам с железом, элементов.

Важно! Среди узкого круга ученых, помимо классической модели с полурасплавленным тяжелым ядром, существует и теория о том, что в центре планеты располагается внутреннее светило, окруженное со всех сторон внушительным слоем воды. Данная теория, кроме небольшого круга приверженцев в научной среде, нашла широкое распространение в фантастической литературе. Примером может послужить роман В.А. Обручева «Плутония», повествующий об экспедиции русских ученых к полости внутри планеты с собственным небольшим светилом и миром вымерших на поверхности животных и растений.

Такая общепринятая схема строения земли, включающая земную кору, мантию и ядро, с каждым годом все более и более совершенствуется и уточняется.

Многие параметры модели с совершенствованием методов исследований и появлением нового оборудования будут обновлены еще не раз.

Так, например, для того, чтобы узнать точно, сколько километров до внешней части ядра, понадобятся еще годы научных изысканий.

На данный момент наиболее глубокая шахта в земной коре, прорытая человеком составляет около 8 километров, поэтому изучение мантии, а тем более ядра планеты, возможно лишь в теоретическом разрезе.

Послойное строение Земли

Изучаем из каких слоев состоит Земля внутри

Вывод

Рассмотрев строение земли в разрезе, мы убедились в том, насколько интересна и сложна наша планета. Изучение ее строения в будущем поможет человечеству разобраться в загадках природных явлений, позволит более точно прогнозировать разрушительные стихийные бедствия, открывать новые, пока не разработанные месторождения полезных ископаемых.

ГЕОЛОГИИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЗЕМЛЕ.

Геология - наука о Земле.

Форма и размеры Земли.

Физические свойства Земли.

Внутреннее строение Земли.

1. Геология.

Геология - наука о Земле. Она изучает состав, строение и за­кономерности развития Земли. Современная геология - комплексная наука, объединяющая несколько взаимосвязанных между собой дис­циплин (ветвей геологии). Все составляющие современную геоло­гию дисциплины имеют свои объекты и методы познания Земли.

В настоящее время уровень развития этой дисциплины такой, что ее подразделяют на ряд самостоятельных научных отраслей.

1. Геохимия - изучает химический состав земной коры, законы распределения и перемещения химических элементов и их изото­пов.

2. Минералогия - рассматривает природные химические соеди­нения - минералы, изучает физико-химические свойства и процес­сы, связанные с их образованием в земной коре.

3. Петрография - описывает состав и строение горных пород - закономерных скоплений минералов, слагающих земную кору, формы их залегания, происхождение и размещение.

4. Динамическая геология - рассматривает процессы, происхо­дящие в недрах планеты и на ее поверхности (землетрясения, вул­канизм, деятельность ветра, моря, рек, ледников и т.д.)

5. Историческая геология - производит восстановление про­шлого, что очень важно для поисков различных полезных ископае­мых.

6. Геофизика - наука, использующая различные физические ме­тоды исследования глубоких недр Земли.

7. Гидрогеология - изучает подземные воды, содержащиеся в недрах нашей планеты.

8. Инженерная геология - наука изучающая грунты, геологиче­ские и инженерно-геологические процессы, влияющие на условия строительства и эксплуатации сооружений и мелиоративных сис­тем.

Наиболее полно в настоящее время изучены поверхностные слои Земли. Один из основных методов исследования верхней поверхности земной коры - метод полевых геологических съемок. Суть ме­тода - тщательные полевые исследования современных геологиче­ских процессов, естественных выходов горных пород уклонах реч­ных долин, оврагов и т.д. Изучаются состав горных пород, характер их залегания, ископаемые остатки организмов и др. Изучая земную кору, необходимо учитывать какой была раньше и каким изменени­ям подверглась. С этой целью ученые предложили сравнительно-литологический метод, основанный на представлении о необрати­мом и направленном процессе развития Земли, на представлении об эволюции условий осадконакопления в истории Земли.

Более глубокие слои земной коры и Земли в целом изучают в основном косвенными методами - геофизическими .

К геофизическим методам относятся: сейсмический, гравимет­рический, магнитометрические и другие.

Сейсмический метод позволяет по изменению скорости прохождения сейсмических волн, возникающих при землетрясениях изучать состав и свойства глубоких слоев Земли.

Гравиметрический метод основан на изучении распределения на поверхности Земли силы тяжести. При теоретических расчетах сила тяжести Земли принимается однородной.

Магнитометрический метод основан на изучении изменений магнитного поля Земли в различных ее участках в зависимости от состава и строения земной коры.

2. Форма и размеры Земли

Земля - одна из планет обращающихся вокруг солнца. Земля имеет форму геоида, который приближенно можно определить как шар, сплюснутый на полюсах. Поверхность Земли превышает 510 млн. км. На поверхности Земли имеются крупные неровности рельефа - глубочайшие океанические впадины (Марианская впади­на в Тихом океане, глубина более 11034 м) высочайшие горные системы и хребты (наивысшая точка в Гималаях - пик Джомолунгма - 8848 м).

Форма и размеры Земли не остаются постоянными. Глубинное сжатие приводит к тому, что ее радиус уменьшается примерно на 5 см в столетие, что вызывает сокращение объема Земли.

Скорость вращения Земли также изменяется, при уменьшении объема Земли она увеличивается. На поверхности Земли материки и океаны распределены неравномерно. Если для всей планеты пло­щадь океана составляет 70,8 %, а суши 29,2 %, то для северного по­лушария - 61 и 39 % соответственно, а для южного - 81 и 19%.

Как известно, Земля состоит из нескольких оболочек. Самая внешняя, газообразная оболочка Земли называется атмосферой . Ее состав: азота - 70,08 %, кислорода - 23,95 %, аргона - 0,93 %, угле­кислоты - 0,09 %, других газов - 0,01 %.

Атмосфера находится в постоянном движении, зависящем от деятельности Солнца, распределения континентов и океанов на по­верхности Земли.

Атмосфера удерживает солнечное тепло, в ней формируются погодные климатические условия. Режим атмосферы крайне из­менчив. Это мы ощущаем ежедневно в виде изменений погоды.

Гидросфера - это прерывистая водная оболочка земного шара представляющая собой совокупность океанов, морей, рек, озер и ледников.

Воды гидросферы разнородны по химическому составу и свой­ствам. Они встречаются в жидком (вода), твердом (лед) и газооб­разном (пар) состояниях.

Литосфера является сплошной твердой оболочкой Земли. Лито­сфера неоднородна по своей мощности и составу. Под дном миро­вого океана толщина литосферы уменьшается, а под возвышенно­стями увеличивается. По составу литосфера представлена 3-мя го­ризонтами:

Осадочный слой - мощностью до 1,5 км, плотность вещест­ва - 2,5 гр на 1 см 3 , породы представлены современными отложе­ниями (осадочными, магматическими). Продукт горных пород - результат деятельности поверхностных процессов (экзогенные).

Гранитный слой - мощность 10-50 км, плотность вещества -2,6-2,7 гр на 1 см 3 , представлен горными породами магматического цикла, имеющими кислый химический состав.

Базальтовый слой - мощность около 50 км, плотность 3,2-3,5 гр на 1 см 3 , представлен магматическими породами ультраос­новного состава.

Биосфера - сфера распространения живых существ.

При изучении поверхности Земли оказалось, что живое ве­щество почти сплошной пеленой покрывает земной шар. С глуби­ной отмечается постепенное затухание жизни.

Наибольшие границы распространения имеют бактерии и их споры.

Они способны жить в условиях высоких и очень низких темпе­ратур и давлений.

3. Физические свойства Земли.

К физическим свойствам Земли относятся: сила тяжести, плотность, магнетизм и тепловые свойства.

Сила тяжести. Изменение силы тяжести на поверхности Земли определяется ее строением и формой: сила тяжести больше в по­лярной области и меньше в экваториальной. Ускорение силы тяже­сти постепенно уменьшается от полюсов - к экватору на 0,5 %.

Плотность Земли. Средняя плотность земной коры 2,7 г/см 3 , средняя плотность Земли 5,52 г/см 3 .

Магнитные свойства Земли (магнетизм). Земля - гигантский магнит. Магнитное поле на поверхности Земли двух типов: пере­менное и постоянное. Переменное поле Земли связано с излучени­ем Солнца, постоянное магнитное поле обязано своим происхожде­нием скорее всего сложным процессам, протекающим в ядре Земли и на границе ядра и мантии. Магнитные свойства горных пород не­одинаковы и изменяются в значительных пределах. Наибольшей магнитной восприимчивостью обладают руды железа, титана, ни­келя и кобальта, а также породы, богатые ими.

Основные магнитные показатели Земли:

1. Магнитное склонение - определяют как угол, на который от­клоняется стрелка от географического меридиана. Склонение мо­жет быть восточным и западным. Соединяя точки с одинаковым склонением строят изогоны. Карты изогон определяют склонение в любой точке Земли.

2. Магнитное склонение - это угол наклона магнитной стрелки к горизонту. Различают Южное и Северное наклонение магнитной стрелки.

Под тепловыми свойствами понимают количество тепловой энергии поступающей на Землю. Тепловую энергию Земли подраз­деляют на: 1) внешнюю; 2) внутреннюю.

Внешняя тепловая энергия - это преобладающее поступление тепла (90 %), которое определяет температуру литосферы.

Источник тепла - источник внешней энергии - солнечная лучи­стая энергия.

Объем поступления тепла определяется энергией на единицу площади. (Энергия от поступления тепла солнца в эквиваленте со­ставляет энергию работы ДнепроГЭСа за год).

Внутренняя энергия определяется радиоактивным распадом элементов внутри Земли.

Составляет около 10 % всего Земного тепла и влияет в основ­ном на структуру ядра и мантии.

Параметры, определяющие тепловой режим.

Геотермический градиент - это температура, на которую по­вышается температура слоя Земли с увеличением глубины на 100 м

Геотермическая ступень - глубина, при которой происходит повышение температуры Земли на 1 С.

Величина геометрического градиента и геотермической ступе­ни зависят от теплопроводности пород, геологического строения местности и ряда других причин.

4. Внутреннее строение Земли

Понятие земная кора сложилось еще в начале XIX века. Раньше считали, что Земля представляет собой на определенном этапе раз­вития расплавленное тело, покрытое сверху тонкой остывшей обо­лочкой - корой. Наименование верхней сферы Земли «земная кора» сохранилась до сего дня. В настоящее время под земной корой по­нимают толщу горных пород, располагающуюся выше поверхно­сти.

Земная кора с поверхности сложена осадочными горными по­родами (глины, пески и известняки).

Основными структурами земной коры, или структурами перво­го порядка, являются континенты и океаны. Для каждой из этих двух структур характерен свой тип земной коры. Для первых - кон­ тинентальный, или материковый, для вторых - океанический .

Материковый тип земной коры. Этот тип коры присущ матери­кам и материковой отмели. Мощность материковой коры 20-80 км.

Океанический тип земной коры. Состоит из осадочного и базальтового слоев. Мощность коры 5-7 км, реже 10-12 км. Океа­нический тип земной коры свойственен ложу океана.

Ниже земной коры располагается мантия . Она располагается до глубины 2900 км. Состав и строение мантии неоднородны как в горизонтальном, так и вертикальных направлениях. Верхняя ман­тия является самой активной частью оболочки. Она имеет важное значение в формировании земной коры и образовании месторождений. За счет выплавления веществ из нее формируются магматиче­ские горные породы и связанные с ними полезные ископаемые зем­ной коры.

Ядро Земли . Радиус земного ядра равен 3470 км. Ядро слоисто. В нем выделяют слой Е, протяженность от 2900 до 4980 км в глу­бину (внешнее ядро), слой В - с глубины 5120 км. до центра Земли (внутреннее ядро или ядрышко) и слой Р - между 4980 и 5120 км (промежуточная зона).

Ядро обладает хорошей электропроводностью и высокой плот­ностью. Предполагают, что оно сложено железом и никелем, хотя мнения ученых расходятся. Некоторые из них считают, что внеш­нее ядро состоит из жидкого металла, а внутреннее - из твердого.

Нижние слои мантии и ядро практически не изучены. На осно­вании изучения химических свойств поверхности Земли нельзя сделать выводы о строении нижних слоев, поэтому имеются только предположения, пока их два:

Для каждой геосферы характерен особый химический состав.

Изменение физических свойств во внутренних зонах Земли объясняется не особым химическим составом этих зон, а резко из­мененными свойствами веществ, возникающими внутри Земли при огромных давлениях.

R - земного ядра равен 3470 км.

Ядро Земли, полностью лишено каких бы то ни было химиче­ских свойств. Это по определению А.Ф. Капустинского, «зона ну­левого химизма» - здесь химические реакции не осуществимы в связи с полным разрушением электронных оболочек атомов вслед­ствие огромных давлений.

Для ядра характерны: высокие электро и теплопроводность, а также постоянная температура на всем его протяжении.

Характерное свойство земного шара - его неоднородность. Он подразделяется на ряд слоёв или сфер, которые делятся на внутренние и внешние.

Внутренние сферы Земли : земная кора, мантия и ядро.

Земная кора наиболее неоднородна. По глубине в ней выделяется 3 слоя (сверху вниз): осадочный, гранитный и базальтовый.

Осадочный слой образован мягкими, а иногда и рыхлыми горными породами, возникшими путём осаждения вещества в водной или воздушной среде на поверхности Земли. Осадочные породы обычно расположены в виде пластов, ограниченных параллельными плоскостями. Мощность слоя колеблется от нескольких метров до 10-15 км. Есть участки, где осадочный слой практически полностью отсутствует.

Гранитный слой сложен в основном магматическими и метаморфическими породами, богатыми Al и Si. Среднее содержание SiO 2 в них более 60%, поэтому их относят к кислым породам. Плотность пород слоя 2,65-2,80 г/см 3 . Мощность 20-40 км. В составе океанической коры (например, на дне Тихого океана) гранитный слой отсутствует, являясь, таким образом, неотъемлемой частью именно континентальной земной коры.

Базальтовый слой лежит в основании земной коры и является сплошным, то есть, в отличие от гранитного слоя, присутствует в составе и континентальной, и океанической коры. Отделяется от гранитного поверхностью Конрада (К), на которой скорость сейсмических волн изменяется с 6 до 6,5 км/сек. Вещество, слагающее базальтовый слой, по химическому составу и физическим свойствам близко к базальтам (менее богатым SiO 2 , чем граниты). Плотность вещества достигает 3,32 г/см 3 . Скорость прохождения продольных сейсмических волн увеличивается от 6,5 до 7 км/сек у нижней границы, где снова происходит скачок скорости и она достигает 8-8,2 км/сек. Эта нижняя граница земной коры прослеживается повсюду и называется границей Мохоровичича (югославский ученый) или границей М.

Мантия располагается под земной корой в интервале глубин от 8-80 до 2900 км. Температура в верхних слоях (до 100 км) - 1000-1300 о С, с глубиной повышается и у нижней границы достигает 2300 о С. Однако вещество находится там в твердом состоянии вследствие давления, которое на больших глубинах составляет сотни тысяч и миллионы атмосфер. На границе с ядром (2900 км) наблюдается преломление и частичное отражение продольных сейсмических волн, а поперечные волны эту границу не проходят ("сейсмическая тень" составляет от 103 о до 143 о дуги). Скорость распространения волн в нижней части мантии - 13,6 км/сек.

Сравнительно недавно стало известно, что в верхней части мантии располагается слой разуплотнённых пород - астеносфера, лежащий на глубине 70-150 км (под океанами глубже), в котором фиксируется падение скоростей упругих волн приблизительно на 3 %.

Ядро по физическим свойствам резко отличается от облекающей его мантии. Скорость прохождения продольных сейсмических волн составляет 8,2-11,3 км/сек. Дело в том, что на границе мантии и ядра происходит резкое падение скорости продольных волн от 13,6 до 8,1 км/сек. Ученые давно пришли к выводу, что плотность ядра значительно выше плотности поверхностных оболочек. Она должна отвечать плотности железа, находящегося в соответствующих барометрических условиях. Поэтому широко распространено представление о том, что ядро состоит из Fe и Ni и обладает магнитными свойствами. Присутствие в ядре этих металлов связывается с первичной дифференциацией вещества по удельному весу. В пользу железо-никелевого ядра говорят и метеориты. Ядро разделяется на внешнее и внутреннее. Во внешней части ядра давление составляет 1,5 млн. атм.; плотность 12 г/см 3 . Продольные сейсмические волны распространяются здесь со скоростью 8,2-10,4 км/сек. Внутреннее ядро находится в жидком состоянии, и конвективные потоки в нём индуцируют магнитное поле Земли. Во внутреннем ядре давление достигает 3,5 млн. атм., плотность 17,3-17,9 г/см 3 , скорость продольных волн 11,2-11,3 км/сек. Расчёты показывают, что температура должна достигать там нескольких тысяч градусов (до 4000 о). Вещество там находится в твердом состоянии благодаря высокому давлению.

Внешние сферы Земли: гидросфера, атмосфера и биосфера.

Гидросфера объединяет всю совокупность проявления форм воды в природе, начиная от сплошного водного покрова, занимающего 2/3 поверхности Земли (моря и океаны) и кончая водой, входящей в состав горных пород и минералов. в таком понимании гидросфера является непрерывной оболочкой Земли. В нашем курсе рассматривается прежде всего та часть гидросферы, которая образует самостоятельный водный слой - океаносфера.

Из общей площади Земли в 510 млн. км 2 , 361 млн. км 2 (71 %) покрыт водой. Схематически рельеф дна Мирового океана изображается в виде гипсографической кривой. На ней показано распределение высоты суши и глубины океанов; четко выражены 2 уровня морского дна с глубинами 0-200 м и 3-6 км. Первый из них - область относительного мелководья, опоясывающая в виде подводной площадки побережья всех континентов. Это материковая отмель или шельф. Со стороны моря шельф ограничен крутым подводным уступом - континентальным склоном (до 3000 м). На глубинах 3-3,5 км располагается континентальное подножие. Ниже 3500 м начинается океаническое ложе (ложе океана), глубина которого до 6000 м. Континентальное подножие и ложе океана составляют второй ясно выраженный уровень морского дна, сложенный типично океанической корой (без гранитного слоя). Среди океанического ложа, главным образом в периферических частях Тихого океана, располагаются глубоководные впадины (желоба) - от 6000 до 11000 м. Примерно так гипсографическая кривая выглядела еще 20 лет назад. Одним из важнейших геологических открытий последнего времени явилось открытие срединных океанических хребтов - глобальной системы подводных гор, приподнятых над ложем океана на 2 и более километра и занимающих до 1/3 площади океанического дна. О геологическом значении этого открытия будет сказано позднее.

В воде океанов присутствуют почти все известные химические элементы, однако преобладают только 4: O 2 , H 2 , Na, Cl. Содержание растворённых в морской воде химических соединений (солёность) определяется в весовых процентах или промилле (1 промилле = 0,1 %). Средняя солёность океанской воды 35 промилле (в 1 л воды 35 г солей). Солёность меняется в широких пределах. Так, в Красном море она достигает 52 промилле, в Чёрном море до 18 промилле.

Атмосфера представляет собой самую верхнюю воздушную оболочку Земли, которая окутывает ее сплошным покровом. Верхняя граница не отчетлива, так как плотность атмосферы убывает с высотой и переходит в безвоздушное пространство постепенно. Нижняя граница - поверхность Земли. Эта граница также условна, так как воздух проникает на некоторую глубину в каменную оболочку и содержится в растворенном виде в толще воды. В атмосфере выделяются 5 основных сфер (снизу вверх): тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера и экзосфера. Для геологии важна тропосфера, так как она соприкасается непосредственно с земной корой и оказывает на нее существенное влияние.

Тропосфера отличается большой плотностью, постоянным наличием водяного пара, углекислоты и пыли; постепенным понижением температуры с высотой и существованием в ней вертикальной и горизонтальной циркуляции воздуха. В химическом составе помимо основных элементов - О 2 и N 2 - всегда присутствуют СО 2 , водяной пар, немного инертных газов (Ar), Н 2 , сернистый ангидрид и пыль. Циркуляция воздуха в тропосфере очень сложна.

Биосфера - своеобразная оболочка (выделена и названа акад. В.И.Вернадским), объединяет те оболочки, в которых присутствует жизнь. Она не занимает обособленного пространства, но проникает в земную кору, атмосферу и гидросферу. Биосфера играет большую роль в геологических процессах, участвуя как в создании горных пород, так и в их разрушении.

Живые организмы наиболее глубоко проникают в гидросферу, которую часто называют "колыбелью жизни". Особенно богата жизнь в океаносфере, в ее поверхностных слоях. В зависимости от физико-географической обстановки, в первую очередь от глубин, в морях и океанах выделяется несколько биономических зон (греч. "биос" - жизнь, "номос" - закон). Эти зоны различаются по условиям существования организмов и их составу. В области шельфа выделяются 2 зоны: литоральная и неритовая. Литораль - это сравнительно узкая полоса мелководья, два раза в сутки осушаемая во время отлива. Благодаря специфике литораль заселена организмами, способными переносить временное осушение (морские черви, некоторые моллюски, морские ежи, звёзды). Глубже зоны приливов и отливов в пределах шельфа расположена неритовая зона, наиболее богато населённая разнообразными морскими организмами. Здесь широко представлены все типы животного мира. По образу жизни различают бентосных животных (обитателей дна): сидячий бентос (кораллы, губки, мшанки и т.д.), блуждающий бентос (ползающие - ежи, звёзды, раки). Нектонные животные способны самостоятельно передвигаться (рыбы, головоногие моллюски); планктонные (планктон) - парящие в воде во взвешенном состоянии (фораминиферы, радиолярии, медузы). Материковому склону соответствует батиальная зона, континентальному подножию и океаническому ложу - абиссальная зона. Условия жизни в них мало благоприятны - полный мрак, высокое давление, отсутствие водорослей. Однако и там в последнее время обнаружены абиссальные оазисы жизни, приуроченные к подводным вулканам и зонам истечения гидротерм. Основу биоты здесь составляют гигантские анаэробные бактерии, вестиментиферы и другие своеобразные организмы.

Глубина проникновения живых организмов внутрь Земли в основном лимитируется температурными условиями. Теоретически для самых стойких прокариот она составляет 2,5-3 км. Живое вещество активно влияет на состав атмосферы, которая в современном виде - результат жизнедеятельности организмов, обогативших ее кислородом, углекислым газом, азотом. Чрезвычайно велика роль организмов в формировании морских осадков, многие из которых являются полезными ископаемыми (каустобиолиты, джеспилиты и др.).

Вопросы для самопроверки.

Как формировались взгляды на происхождение Солнечной системы?

Каковы форма и размеры Земли?

Из каких твердых оболочек состоит Земля?

Чем отличается континентальная кора от океанической?

Чем обусловлено магнитное поле Земли?

Что такое гипсографическая кривая, ее вид?

Что такое бентос?

Что такое биосфера, ее границы?

Результатом геологического развития Земли стало формирование самых верхних оболочек - атмосферы, гидросферы и литосферы. Это произошло в результате остывания поверхности Земли и привело к образованию первичной базальтовой или близкой к ней по составу коры Земли. Почти одновременно за счет конденсации водяных паров образовалась водная оболочка планеты - гидросфера.

Образование и строение литосферы. Земная кора образована горными породами, имеющими различные формы залегания. Породы лежат горизонтальными слоями или нарушены разломами и смяты складками. Залегание горных пород чаще всего обусловлено внутренними (эндогенными) силами. Строение земной коры, созданное эндогенными процессами, называется тектоническим строением, или тектоникой.

Современный рельеф планеты складывался на протяжении многих сотен миллионов лет и продолжает видоизменяться под влиянием совместного действия на ее поверхности тектонических, гидросферных, атмосферных и биологических процессов. Начало этому было положено около 3,5 млрд. лет назад, когда начали формироваться вулканические дуги. Формирование вулканических дуг происходило на первичной остаточной или вторичной коре, образованной при растяжении океанической коры над зонами подлезания (столкновения литосферных плит и подлезания их друг под друга с образованием вулканической дуги). В результате примерно 2,7-2,5 млрд. лет назад возникли значительные площади континентальной коры, которые, по-видимому, соединились в единый суперконтинент - первую Пангею в истории Земли. Толщина этой коры уже достигала современной толщины в 35-40 км. Ее нижняя часть под влиянием высоких давлений и температур испытывала значительные превращения, а на средних уровнях произошло выплавление больших масс гранита.

Следующий важный момент в развитии Земли имел место примерно 2,5 млрд. лет назад. Возникший на предыдущем этапе суперконтинент - первая Пангея - претерпел существенные изменения и 2,2 млрд. лет назад распался на отдельные, относительно небольшие континенты, разделенные бассейнами с новообразованной океанической корой. Отдельные следы этих этапов тектоники плит можно обнаружить и сейчас. Первый этап (до возникновения Пангеи) принято называть эмбриональной тектоникой плит, а второй - тектоникой малых плит. К концу второго периода, около 1,7 млрд. лет назад, континенты вновь слились в единый суперконтинент. Образовалась Пангея-Н. Ее распад начался около 1 млрд. лет назад, хотя частичные разъединения и воссоединения могли иметь место и до этого.

В интервале 1-0,6 млрд. лет назад структурный план Земли претерпел радикальные изменения и существенно приблизился к современному. С этого момента началась полномасштабная тектоника плит. Она связана с тем, что литосфера Земли разделена на ограниченное число крупных (5 тыс. км) и средних (1 тыс. км) по размерам поперечника жестких и монолитных плит, которые расположены на более пластичной и вязкой оболочке - астеносфере. Литосферные плиты стали двигаться по астеносфере в горизонтальном направлении, образуя раздвижения и подлезания, которые в среднем компенсируют друг друга в масштабах планеты. Таким образом, в истории Земли как планеты неоднократно происходил процесс формирования и распада Пангеи. Длительность таких циклов составляет 500-600 млн. лет. На эту крупномасштабную периодичность накладывается периодичность меньших масштабов, связанная с растяжением и сжатием земной коры.

В результате тектонической активности рельеф земной поверхности сегодня характеризуется глобальной асимметрией двух полушарий (Северного и Южного): одно из них представляет собой гигантское пространство, заполненное водой. Это океаны, занимающие более 70% всей поверхности. В другом полушарии сосредоточены поднятия коры, образующие континенты. Глобальная асимметрия в строении поверхности нашей планеты была замечена давно, что позволило планетарный рельеф поделить на две основные области - океаническую и континентальную. Дно океанов и континенты отличаются друг от друга строением земной коры, химическим и петрографическим составом, а также историей геологического развития. Кора имеет повышенную мощность в области континентов и пониженную в областях океанического дна.

Средняя мощность континентальной коры - 35 км. Ее верхний слой богат гранитными породами, нижний - базальтовыми магмами. На дне океанов гранитный слой отсутствует, и земная кора состоит только из базальтового слоя. Ее мощность - 5-10 км. Кроме того, континентальная кора содержит больше радиоактивных элементов, генерирующих тепло, чем тонкая океаническая кора.

Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном состоит из восьми химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Половина всей массы коры приходится на кислород, который содержится в ней в связанном состоянии, главным образом, в виде окислов металлов.

Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения. Более 70% приходится на магматические породы, 20% - на метаморфические, 9% составляют осадочные породы.

Не следует забывать и о том, что поверхность Земли сложена из литосферных плит, число и положение которых менялось от эпохи к эпохе. Плита - это вся масса земной коры и подстилающей мантии, которые движутся как единое целое по поверхности Земли. Сегодня выделяют 8-9 больших плит и более 10 малых. Плиты медленно перемещаются горизонтально (глобальная тектоника плит). В районах рифтовых долин, где вещество мантии выносится наружу, плиты расходятся, а в местах, где горизонтальные смещения соседних плит оказываются встречными, они надвигаются друг на друга. Вдоль границ литосферных плит расположены зоны повышенной тектонической активности.

При движении плит сминаются их края, образуя горные хребты или целые горные области. Океанические плиты, берущие свое начало в рифтовых разломах, наращивают толщину по мере приближения к континентам. Они уходят под островные дуги или континентальную плиту, увлекая за собой накопившиеся осадочные породы. Вещество погружающейся плиты достигает в мантии глубин до 500-700 км, где оно начинает плавиться.