Лекция №7 «Строение и состав Земли»
Оболочки Земли
Земля имеет оболочечное строение: литосфера (твердая), гидросфера (жидкая) и атмосфера (газовая). Выделены еше две оболочки - биосфера и ноосфера. Первая - пространство обитания животных и растительных организмов, вторая - область природопользования человека.
Геология изучает оболочки Земли состоящие из твердого вещества, горнопородных тел. Но многие процессы, протекающие на поверхности Земли и приводящие к образованию осадочных горных пород очень важны и поэтому также рассматриваются в курсе “Общей геологии”
ФОРМА, РАЗМЕРЫ, ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЗЕМЛИ.
Форма земли приближается к эллипсоиду вращения, имеющему коэффициент полярного сжатия, равный (а-с)/а= 1/297,3, где а-экваториальный радиус Земли, с - ее полярный радиус. Более точные измерения показывают, что Земля является трехосным телом, имеющим два несколько различных экваториальных радиуса, такую форму назвали геоидом. Ось “а” равна 6 378 245м, ось “с” составляет 6 356 863м. Площадь Земли составляет 510,2 млн. км2, ее объем равен 1 121 МРД км3. Наиболее высокой точкой планеты является гора Эверест (8848м). Самая глубокая Марианская впадина расположена в Тихом океане (11021м).
Геоморфологические особенности Земли представлены на гипсографической кривой Дитриха
1.(свыше +200м) - возвышенности и горы;
2. (от +200 до 0м) - прибрежные равнины;
3. (от 0 до -200м) - шельф;
4. (от -200 до 3000м) - континентальный склон;
5. от 3000 до 6000м) - ложе Мирового океана;
6. (свыше 6000м) - глубоководные желоба и впадины.
У Земли есть две особенности :
1-антиподальность ее континентов и океанов
2-треугольная форма континентов.
Гравиметрические наблюдения
Исследования гравитационного поля, выражающегося через ускорение свободного падения тела, показывают, что в районах Земли, сложенных более плотными породами, ускорение возрастает, в местах с менее плотными породами, наоборот, -уменьщается. Такие отклонения от 9,8см/сек2 называются соответственно положительными и отрицательными гравитационными аномалиями. Гравиразведка позволяет устанавливать местоположение отдельных геологических тел (например, интрузий).
Сейсмические исследования
Сейсмика дает возможность получить информацию об оболочечном внутреннем строении Земли. Сейсмическая волна от взрыва проходит отражаясь от границ раздела оболочек двойное расстояние “l” за время ТА - ТБ. Если скорость распространения сейсмической волны в верхней оболочке (V) известна, то можно вычислить скорость распространения сейсмических волн в оболочке залегающей ниже
Продольные и поперечные волны
Продольные – упругие объемные (Р),
Поперечные – сдвиговые –колебания (S), перпендикулярны направлению распространения, они гаснут в жидкой среде
Внутреннее строение Земли
А - земная кора (скорость распространения продольных сейсмических волн (до 7,5см/сек);
В - астеносфера (7-9км/сек);
С - слой Голицына (9-11км/сек);
D - нижняя мантия(11-13км/cек);
D’ - переходный слой (13км/сек);
Е - внешнее ядро (8-10км/сек);
F - переходный слой (10км/сек);
G - внутреннее ядро (11км/сек).
Слои В и С объединяются в верхнюю мантию.
Континентальная кора
В земной коре выделяется три слоя-оболочки: Сверху - осадочная, ниже – гранитная и базальтовая
Мощность континентальной коры равнин в среднем 35км, до 40 км и до 60-70 км под горами.
Мощность осадочной оболочки изменяется от 0 до 10-12км
Океаническая кора
Океаническая кора двухслойная - здесь из разреза выпадает гранитная оболочка. Исчезновение гранитной оболочки совпадает в рельефе с переходом от континентального склона к ложу океана. Мощность океанической коры в среднем 6-7 км. Осадочная оболочка под океанами – до1 км, мощность базальтовой - 5 – км. Скорость распространения продольных сейсмических волн в осадочной оболочке - менее 5км/сек, в базальтовой - 6,5-7,5км/сек
Внешние Оболочки Земли –кора, верхняя мантия, литосфера
Земная кора – «скорлупка» - на континентах в среднем 35 км, под горами до 75 км
Граница Мохоровичича- граница коры и мантии
Верхняя мантия слой В, от 30 до 410 км В ней астеносфера– линзы расплавленного вещества.
Астеносфера на глубине от 100 до 410 км
Выше астеносферы – литосфера – твердые оболочки
Средняя мантия
– слой С. Глубины от 410 до 670 км
Нижняя граница - слой Голицина (410-670 км) «Средняя мантия», переходный преимущественно из граната, о шпинелью плотный
Нижняя мантия
Нижняя мантия – слой Д1. Глубины от 670 до 2700км
Переходный слой Д2 – 2700 -2900 км
Нижний слой - на границе с ядром – там образуются квозьмантийные тепломассопотоки – плюмы, причина вулканизма (Исландия, Гавайские остова)
Нижняя граница мантии - слой Вихера-Гутенберга -2900 км
Ядро Земли
ниже раздела Вихера – Гутенберга - внешнее ядро – «жидкое» - поперечные волны гаснут, в нем 17% объема и 34% массы мощность 2800 км. Расплав железа с никелем и силикатами, конвекция в нем генерирует магнитное поле ЗемлиНиже переходный слой – F -5000 – 5200 км– Внутреннее ядро радиусом 1250 км состав – железоникелевый, плотность до 13,4г на см3, давление 360 ГПа, температура до 6800 град С. Стеклообразное вещество - твердый расплав, вращается относительно Земли в целом (около 2 градусов в год)
Свойства Земли, Теплота
К свойствам Земли относятся: 1-внутренняя теплота, 2-плотность и 3-магнетизм.
С поверхности Земля обогревается Солнцем, глубина прогрева не превышает десятки метров (в морях до 200 метров),
Источником внутреннего тепла считаются экзотермические реакции, распада радиоактивных элементов ( уран, радий, изотоп калия и т.д.).
Возрастание температуры с глубиной На поверхности температура колеблется от +58 (в Сахаре) до – 89 градусов Цельсия (на станции Восток в Антарктиде), а в ядре достигает 5 – 6 тысяч градусов
Показателем глубинной температуры является геотермический градиент, равный 30 град С. при погружении в недра на каждые 100 метров. Обратная величина (10град.С на каждые 33 метра глубины) называется геотермической ступенью. В разных точках Земли они могут существенно отклоняться от средних значений.
Температура в недрах Земли возрастает неравномерно
Плотность
Средняя плотность примерно в 5,5 раза больше плотности воды. Одна из наиболее распространенных пород на поверхности Земли – гранит имеет плотность 2,7 г/см3, плотность в мантии изменяется от 3 до 5 г/см3, в пределах ядра от 8 до 15 г/см3. В центре Земли она может достигать 17 г/см3. С глубиной плотность Земли возрастает неравномерно
В соответствии с возрастающей плотностью увеличивается и геостатическое давление
Магнитное поле
Земли представляет собой диполь, характеризующийся углом магнитного склонения, наклонения и напряженностью магнитного поля.
Углом магнитного склонения называется угол, составленный географическим и магнитным меридианами. При движении от экватора к полюсам этот угол непрерывно возрастает.
Углом магнитного наклонения называется угол, составленный горизонтом и магнитной стрелкой с горизонтально расположенной осью. На экваторе этот угол равен нулю, на полюсах он составляет 90 градусов.
Напряженность магнитного поля измеряется в эрстедах.
Геомагнетизм обусловливает существование внешнего магнитного поля - магнитосферы. В настоящее время Северный магнитный полюс соответствует положительному знаку (силовые линии поля направлены внутрь Земли), а Южный - отрицательному (силовые линии направлены вовне). В геологическом прошлом полярность время от времени менялась на противоположную инверсии магнитного поля), что имело катастрофические последствия для жизни на планнете.
Солнечный ветер (поток элементарных частиц, испускаемых Солнцем) деформирует магнитное поле Земли: на обращенной к Солнцу дневной стороне оно сжимается, а на противоположной, ночной, - вытягивается в т.н. магнитный хвост Земли.
