Характеристика Земли (форма, размеры).

Земля одна из девяти планет, вращающихся вокруг Солнца. Первые представления о формах и размерах Земли появились еще в глубокой древности. Античные мыслители (Пифагор - V в. до н.э., Аристотель - III в. до н.э. и др.) высказывали мысль, что наша планета имеет шарообразную форму. Ньютон теоретически обосновал положение о том, форма представляет эллипсоид вращения, или сфероид. Разница полярного и экваториального радиусов составляет 21 км. По расчетами Т. Д. Жонгловича и С. И. Тропининой показана несимметричность Земли по отношению к экватору: южный полюс расположен ближе к экватору, чем северный. В связи с расчленением рельефа (наличием высоких гор и глубоких впадин) действительная форма Земли является более сложной, чем трехосный эллипсоид. Наиболее высокая точка на Земле - гора Джомолунгма в Гималаях - достигает высоты 8848м. Наибольшая глубина 11 034 м обнаружена в Марианской впадине.. Немецкий физик Листинг в 1873 г. фигуру Земли назвал геоидом, что дословно обозначает "землеподобный".В Советском Союзе в настоящее время принимается эллипсоид Ф. Н. Красовского и его учеников (А. А. Изотова и др.), основные параметры которого подтверждаются современными исследованиями и с орбитальных станций. По этим данным экваториальный радиус равен 6378,245 км, полярный радиус - 6356,863 км, полярное сжатие- 1/298,25. Объем Земли составляет 1,083 10 12 км 3 , а масса - 6 10 27 г.

Внешние оболочки Земли.

Внешние оболочки Земли – это атмосфера, гидросфера, литосфера. Газовая оболочка Земли – атмосфера, внизу она граничит с гидросферой или литосферой, а вверх простирается на 1000 км. В ней выделяются три слоя: тропосфера, которая является двигающейся; после нее находится стратосфера; за ней – ионосфера (верхний слой).

Размер гидросферы – водной оболочки Земли, составляет 71% от всей поверхности планеты. Средняя соленость воды – 35 г/л. Океаническая поверхность имеет плотность примерно 1 и температуру 3-32° С. Солнечные лучи способны проникать не глубже двухсот метров, а ультрафиолетовые – на 800 м.

Сфера обитания живых организмов – биосфера, она сливается с гидросферой, атмосферой и литосферой. Верхний край биосферы поднимается до верхних шаров тропосферы, а нижний достигает дна впадин в океанах. В ней выделяют сферу животных (более миллиона видов) и сферу растений (более 500 тыс. видов).

Толщина литосферы – каменной оболочки Земли, может изменяться от 35 до 100 км. В нее входят все материки, острова и океаническое дно. Ниже под ней находится пиросфера, которая является огненной оболочкой нашей планеты. В ней наблюдается повышение температуры приблизительно на 1° С через каждые 33 метра вглубь. Вероятно, на большой глубине под влиянием огромного давления и очень высоких температур породы расплавлены и находятся в состоянии, близком к жидкому.

Как появился космос и в частности планета Земле доподлинно неизвестно. Огромная часть ученых доказывают, что жизнь возникла из хаоса (теория Большого взрыва).
Хоть это теория и является общепринятой она абсолютно ничего не доказывает, как и теория происхождения человека по Дарвину, поскольку эмпирических доказательств нет не будет.
Как может, что-то происходить из хаоса, если все мироздание и любая биологическая система в частности - это есть строгий порядок во всем.
Самое смешное здесь другое, что все возникло из хаоса по мнению академической науки, но при этом Земля находится на благоприятном расстоянии от Солнца и от этого естественно не слишком сильно нагревается днём и не переохлаждается в ночное время, даже малейшее смещение и отклонение по времени вращения земли вокруг солнца приведет к ее гибели, а точнее всего живого на планете Земля.
Также Земля имеет твёрдую поверхность, и на ней существует вода в жидком состоянии. Воздушная оболочка, окружающая Землю, предохраняет её от жёсткого космического излучения и «бомбардировки» метеоритами. Хаосом даже не пахнет!

Планета Земля состоит из 3-х основных оболочек:
1. Твердая (Литосфера)
2. Воздушная (Атмосфера)
3. Водная (Гидросфера)

Итак рассмотрим по порядку все оболочки Земли.

Литосфера (от греч. litos - камень и sphaira - шар) - твёрдая внешняя оболочка Земли или земная кора.

В Литосфере выделяют:
- массив горных пород
- земную поверхность
- почва.
Массив горных пород имеет разную толщину - от 70 до 250 км и разделен на литосферные плиты.

Подробнее о почве:
Почва - это урожайный рыхлый самый поверхностей слой литосферы. Наиболее важное свойство почвы. Почва состоит из веществ, которые в свою очередь имеют все 3 агрегатных состояния (газ, жидкость, твердое состояние), в результате воздействия различной симбионтной микрофлоры в почве образуется гумус, это и есть собственно плодородный слой почвы. Сама почва постоянно развивается и изменяется, вследствие чего существует большое разнообразие ее типов. В результате перемещения или превращения вещества почва расчленяется на отдельные слои, или горизонты, сочетание которых представляет профиль почвы. Свыше 50% минерального состава почвы приходится на кремнезем (Si02), около 1 – 25% - на глинозем (Al2O3), 1 – 10% - на оксиды железа (Fe2O3), 0,1 – 5% - на оксиды магния, калия, фосфора, кальция (Mg0, К2О, P205, Са0). Органические вещества, поступающие в почву с растительным опадом, включают углеводы (лигнин, целлюлоза, гемицеллюлоза), белковые вещества, жиры, а также конечные продукты обмена у растений - воск, смолы, дубильные вещества. Органические остатки в почве разрушаются (минерализуются) с образованием более простых (вода, диоксид углерода, аммиак и др.) веществ или превращаются в более сложные соединения - перегной, или гумус. Одна из наиболее важных характеристик почвы - ее механический состав, т.е. содержание частиц разной величины.
Выделяют состояния механического состава:
1. песок
2. супесь
3. суглинок
4. глина.
Кстати именно от механического состава почвы зависят ее водопроницаемость, способность удерживать влагу, проникновение в нее корней растений.
Помимо этого почва характеризуется плотностью, тепловыми и водными свойствами. Большое значение для почвы имеет аэрация, это способность почвы насыщаться воздухом Химические свойства почвы очень сильно зависят от содержания минеральных веществ, которые находятся в ней в виде растворенных ионов.
В известковых рН = 8,
В засоленных почвах рН = 4.

Кстати нужно отметить следующий факт, что далеко не у всех планет Солнечной системы есть твёрдая оболочка: например, поверхности планет-гигантов - Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна состоят из газов, находящихся в жидком или твёрдом состоянии из-за высокого давления и низких температур. Твёрдая оболочка Земли, или литосфера, - это огромные массы горных пород на суше и на дне океана.

Атмосфера (от греч. atmos - пар и sphaira - шар) - это воздушная газовая оболочка планеты, окружающая Землю и участвующая в её суточном вращении.

Масса атмосферы составляет около 5,15 1015 т. Без воздушной оболочки, а точнее без атмосферы жизнь на Земле была бы невозможна, именно благодаря наличию в атмосфере кислорода на Земле существуют различные формы жизни.
Она простирается до высоты 2-3км, но основная концентрация ее находится ближе к поверхности Земли. Еще одно немаловажное свойство атмосферы - это защита биосферы планеты от радиоактивных ультрафиолетовых лучей солнца, такое свойство атмосферы становится возможным благодаря наличию в ней озона.

Гидросфера (от. греч. hydro - вода и sphaira - шар) - водная оболочка нашей планеты.

Общий объем гидросферы Земли - свыше 1 миллиарда 500 миллионов км3. Из них в океанах и морях - 1370 миллионов км3, в подземных водах - около 60 миллионов км3 в виде льда и снега - около 30 миллионов км3, во внутренних водах - 0,75 миллиона км3, а в атмосфере - 0,015 миллиона км3. Свыше 96% гидросферы составляют моря и океаны; около 2% - подземные воды, около 2% - ледники, 0,02% - воды суши (реки, озера, болота).
Она включает в себя: океаны, моря, озера, реки, болота, облака, туманы и даже росу.
Гидросфера занимает 3/4 поверхности всей планеты. Без гидросферы также была бы невозможна жизнь на земле т.к. основным компонентом гидросферы является вода Н2О
Вода является основным источником жизни, т.к. хранит в себе всю информацию, по сути свое являясь таким ни жестким, а жидким диском, на который записывается основная информация планеты и в том числе и всех живых существ. Помимо того, что вода является носителем информации, все физические тела живых существ на планете потребляют ее, чтобы поддержать внутри организма состояние гомеостаза т.е. постоянства внутренней среды организма, которые целиком и полностью подчинено водно-солевому обмену, который является основным в организме живых существ.
Академическая наука утверждает, что жизнь на Земле зародилась благодаря на ней наличию воды, но это неверное утверждение. Стоит упомянуть, что оно основано на поддержание современной табулированной наукой мнение о том, что жизнь возникла случайно в результате хаоса и наличия воды на планете.
Правильнее будет сказать, что жизнь на планете возникла по неизвестным науке причина т.к. объяснений доказательств всех вышеперечисленных предположений попросту не существует. Жизнь возникла ни благодаря наличию, а уже при наличии т.е. скорее всего она имелась как нужный компонент, как и все остальные условия и не являлась ничем сверхъестественным т.к. по сути своей парадокс всего заключается вообще в наличии жизни.
Водная оболочка (гидросфера) включает в себя всю воду планеты - в твёрдом, жидком и газообразном состоянии.
Вовлечённая в мировой круговорот, вода постоянно перемещается: испаряясь с поверхностей морей, океанов, озёр или рек, она облаками переносится на сушу и выпадает в виде дождя или снега, она перераспределяет тепло, поступающее от Солнца. Медленно нагреваясь, водные толщи Мирового океана накапливают тепло, а потом передают его атмосфере, что смягчает климат на материках в холодные периоды.

Мы рассмотрели 3 основные оболочки планеты, но при этом стоит выделить еще 2 оболочки, которые по сути свое проникают в 3 основные.

Биосфера (от греч. bios - жизнь) - оболочка Земли, где существует жизнь во всех её проявлениях, она проникает в литосферу, гидросферу и атмосферу.

Ноосфера (от греч. noos - разум) - оболочка взаимодействия природы и человека.

О ноосфере можно писать долго, но сказать пока можно только одно большая часть человечества не имеет разума, что видно по его отношению к себеподобным (войны, колонизации, рабство, классовость, слои общества), по отношению к животным (уничтожение: охота, употребление в пищу и многое другое.), по отношению к природе (загрязнение окружающей среды, чрезмерное и неправильное использование ее недр и полезных ископаемых).
Нужно отметить, что все оболочки тесно взаимодействуют друг с другом и соотвественно влияют на друг друга. Основой изучения географии является - планетарная сфера, которая как бы включает в себя:
- нижняя часть атмосферы
- гидросфера
- биосфера
- верхняя часть литосферы
И помните планета существует также по строгим космическим законам т.е. в существовании нашей планеты есть огромный свод законов, который в свою очередь рождает порядок, а порядок это основной закон жизни, при отсутствии порядка жизнь, как часть бытия существовать не может. Отсюда можно сделать очень простой, но при этом очень логичный вывод, если сама суть и основа жизни, есть ни что иное, как порядок, так соответственно жизнь может возникнуть из только того, чем сама и является. А хаос и случайность полная противоречие и противоположность понятия жизнь, никак не связанное с ней.

Наконец, весьма резкий скачок происходит на глубине 2900 км. Часть земного шара, заключенная между подошвой земной коры, на глубине 50-60 км, и глубиной 2900 км, называется оболочкой Земли. Часть земного шара, заключенная внутри поверхности раздела на глубине больше 2900 км, называется ядром Земли, а сама поверхность раздела - границей ядра.

Ядро Земли состоит из такого вещества, которое не сопротивляется изменению формы, т.е. оно ведет себя по отношению к сейсмическим колебаниям, как жидкое или газообразное тело.

Верхний покров земного шара, слагающий континенты и ложа океанов, делится на два основных слоя. Самый верхний слой континентальной части земной коры состоит в основном из напластований так называемых осадочных пород и пород, близких по составу к гранитам. Поэтому верхний слой обычно называется гранитным, хотя нужно помнить, что это название условное, так как в этом слое имеются и другие породы, а состав его может несколько меняться от района к району.

Ниже лежит так называемый базальтовый слой. Основную роль в его строении играют породы, богатые магнием и железом и бедные кремнекислотой. Это разновидности базальтовой группы пород, и поэтому нижний слой коры получил название базальтового. Этот слой отделяется от ниже идущих пород подкорового слоя поверхностью, отчетливо различаемой сейсмическими волнами. Эта поверхность называется поверхностью С. Мохоровичича, по имени югославского ученого, открывшего ее. Скорость сейсмических волн глубже поверхности раздела сразу увеличивается до 8 км\сек, что обусловлено увеличением плотности вещества Земли.

Вещество земной коры находится в кристаллическом состоянии. Толщина земной коры меньше под океанами, чем под континентами. Возможно, что под дном Тихого океана вообще отсутствует гранитный слой.

Самая верхняя часть земной коры в значительной мере состоит из слоистых осадочных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц в морях и океанах. В них захоронены остатки животных организмов и растений, населявших прежде земной шар. Общая мощность осадочных пород не превосходит 12-15 км. Их последовательно идущие напластования и содержащиеся в них окаменелости животных и растений позволяют ученым-геологам восстанавливать историю развития жизни на Земле.

Верхняя часть внутренней оболочки Земли по химическому составу ближе всего к составу горных пород, известных под названием перидотитов и пироксенитов, очень богатых магнием и железом и отличающихся значительным удельным весом.

Мы имеем некоторые доказательства реального существования этой подкоровой оболочки. В массах пород, заполняющих вертикальные алмазоносные «трубки» Кимберли в Южной Африке, а также в алмазных копях Якутии в изобилии находятся вынесенные с больших глубин куски оливиновых и перидотитовых пород. Это самые глубокие из известных нам материалов, слагающих Землю. Но методами современной геофизики мы познаем Землю и дальше вглубь, правда уже только в отношении распределения материала по плотности и упругости, не зная пока других его свойств.

Таким образом, можно считать, что внутренняя оболочка Земли простирается до глубины 2900 км. Вещество оболочки твердое, но обладающее пластичностью, в нижней части лишенное кристаллической структуры (аморфное). Состав ее, по-видимому, тот же, что и в самой верхней (подкоровой) части. Изменение плотности оболочки Земли связано не столько с изменением состава, сколько с давлением, которое достигает здесь огромной величины.

Так, например, давление на единицу поверхности равно:

Земное ядро обладает свойствами жидкости. Радиус земного ядра 3471 км. При переходе от оболочки к ядру резко изменяются физические свойства вещества. Причиной такого изменения является, вероятно, изменение атомной структуры под влиянием высоких давлений, достигающих около 3 млн. атмосфер. Температура внутри Земли повышается до 2000-3000°, при этом наиболее быстро температура повышается в земной коре, далее - значительно медленнее, а на больших глубинах остается постоянной.

Плотность Земли возрастает с 2,6 на поверхности до 6,8 на границе ядра Земли. В самом ядре плотность возрастает до 10, а в его центральных частях превышает 12.

До недавнего времени считали, что ядро имеет железный состав, аналогичный железным метеоритам, а оболочка - силикатный состав, соответствующий каменным метеоритам. Однако, согласно современным научным взглядам, причина резкого скачка плотностей и резкого уменьшения твердости у границы ядра Земли не в разделении вещества по химическому составу, а в физико-химическом процессе - частичном разрушении электронной оболочки атомов при критическом давлении, достигающем 1,4 млн. атмосфер.

Отрыв электронов от ядер под действием огромного давления и высокой температуры облегчает резкое уплотнение вещества и придает ему новые свойства, сходные в отношении твердости со свойствами жидких тел (способностью жидких тел, сохраняя объем, изменять первоначальную форму), а в отношении электропроводности - со свойствами металлов. Поэтому такое превращение называется переходом вещества в металлическую фазу.

Таким образом, условия существования материи в больших глубинах земного шара резко отличны от условий на земной поверхности и тех, которые мы можем пока создать путем опыта.

С каждым годом данные геофизики и астрофизики позволяют нам все лучше и лучше разбираться в строении земного шара, а это, в свою очередь, дает нам возможность видеть связь ряда важнейших геологических процессов, совершающихся в земной коре, с процессами, происходящими в глубинах земного шара.

Вот почему так важно и так интересно изучать строение нашей планеты.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Представления о внутренней неоднородности строения Земли и о её концентрически-зональном строении основаны на результатах комплексных геофизических исследований. Прямые свидетельства глубинного строения земных недр относятся к небольшим глубинам. Они получены в процессе изучения естественных разрезов (обнажений ) горных пород, разрезов карьеров, шахт и буровых скважин. Самая глубокая в мире скважина на Кольском полуострове углубилась в недра на 12 километров. Это составляет всего лишь 0,2% радиуса Земли (радиус Земли около 6 тыс. км.) (рис. 3.5.). Продукты вулканических извержений дают возможность судить о температурах и составе вещества на глубинах 50-100 км.

Рис. 3.5. Внутренние оболочки земли

Сейсмические волны. Главным методом исследования недр является сейсмический метод. Он основан на измерении скорости прохождения механических колебаний разных типов через вещество Земли. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии и возникновением механических колебаний, которые распространяются в виде сейсмических волн во все стороны от места возникновения. Скорость распространения сейсмических волн весьма велика и в плотных телах, например в камне (в горных породах) достигает нескольких километров в секунду. Различают две группы сейсмических волн – объемные и поверхностные (рис. 3.6. и 3.7.). Слагающие Землю горные породы упруги и поэтому могут деформироваться и испытывать колебания при резком приложении давления (нагрузок). Внутри объема горных пород распространяются объемные волны. Они делятся на два типа: продольные (Р) и поперечные (S ) . Продольные волны в теле Земли (как и в любых других физических телах) возникают как реакция на изменение объёма. Подобно звуковым волнам в воздухе, они попеременно сжимают и растягивают вещество горных пород в направлении своего движения. Волны другого типа – поперечные возникают как реакция на изменение формы тела. Они колеблют среду, через которую они проходят, поперек пути своего движения.

На границе двух сред с разными физическими свойствами сейсмические волны испытывают преломление или отражение(P,S, PcP, PkP и т.д.). Геофизические исследования были дополнены термодинамическими расчетами и результатами физического моделирования и данными изучения метеоритов.

Полученные данные свидетельствуют о наличии в недрах Земли многочисленных субгоризонтальных границ раздела. На этих границах происходит изменение скоростей и направлений распространения физических волн (сейсмических, электромагнитных и др.) при их распространении вглубь планеты.

Рис. 3.6. Распространение сейсмических волн (О – очаг землетрясения).

Эти границы отделяют друг от друга отдельные оболочки – «геосферы», которые отличается друг от друга по химическому составу и по агрегатному состоянию вещества в них. Эти границы, отнюдь, не представляют собой привычные геометрически правильные бесконечно тонкие плоскости. Любая из этих границ – это некий объём недр, сравнительно небольшой по сравнению с объёмом разделяемых геосфер. В пределах каждого такого объёма происходит быстрая, но постепенная смена химического состава и агрегатного состояния вещества.

Недра Земли. По существующим представлениям земной шар разделен на ряд концентрических оболочек (геосфер), как бы вложенных друг в друга (рис.3.7., табл. 3.5.). «Внешние» оболочки и «внутренние» оболочки (иногда последние называют просто «недрами») отделены друг от друга поверхностью земли. Внутренние оболочки представлены, соответственно ядром, мантией и земной корой. Каждая из этих геосфер, в свою очередь имеет сложное строение. В модели Гутенберга-Буллена использована индексация гео­сфер, популярная и в настоящее время. Авторы выделяют: земную кору (слой А) - граниты, метаморфические породы, габбро; верх­нюю мантию (слой В); переходную зону (слой С); нижнюю мантию (слой D), состоящую из кислорода, кремнезема, магния и железа. На глубине 2900 км проводят границу между мантией и ядром. Ниже находится внешнее ядро (слой Е), а с глубины 5120 м - внутреннее ядро (слой G), сложенное железом:

- земная кора – тонкая внешняя каменная оболочка Земли. Она распространена от поверхности Земли вглубь до 35-75 км, слой A: Ср. толщина 6-7 км – под океанами; 35-49 км – под равнинными платформенными территориями континентов; 50-75 км – под молодыми горными сооружениями. Это самая верхняя из внутренних оболочек Земли.

    мантия - промежуточную оболочку (35-75 км. до 2900 км) (слои В, С, D) (греч. “мантион” - покрывало): слои B (75-400 км) и C (400-1000 км) соответствуют верхней мантии; переходный слой D (1000-2900 км) - нижней мантии.

-ядро – (2900 км. – 6371 км.) слои E, F, G где: Е (2900-4980 км) – внешнее ядро; F (4980-5120 км) – переходная оболочка; G (5120-6371 км) – внутреннее ядро.

Ядро Земли . Ядро составляет 16,2% ее объёма и 1/3 массы. Оно, видимо, сжато у полюсов на 10 км. На границе мантии и ядра (2900 км) происходит скачкообразное понижение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с. Поперечные волны ниже этой границы раздела не проникают. Ядро не пропускает их сквозь себя. Это дало повод сделать вывод, что во внешней части ядра вещество находится в жидком (расплавленном) состоянии. Ниже границы мантии и ядра скорость продольных волн вновь нарастает - до 10,4 км/с. На границе внешнего и внутреннего ядра (5120 км) скорость продольных волн достигает 11,1 км/с. А потом до центра Земли почти не изменяется. На этом основании предполагается, что с глубины 5080 км вещество ядра вновь приобретает свойства очень плотного тела, и выделяется твердое внутреннее "ядрышко " с радиусом 1290 км. По мнению одних ученых, земное ядро состоит из никелистого железа. Другие утверждают, что железо, кроме никеля содержит примесь легких элементов - кремния, кислорода, возможно, серы и др. В любом случае железо как хороший проводник электричества может служить источником динамо-эфекта и образования магнитного поля Земли.

Действительно, с точки зрения физики, Земля в некотором приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Японские ученые доказывают, что ядро Земли постепенно увеличивается за счет дифференциации вещества мантии 12 . составляет 82,3% объема Земли. О ее строении и вещественном составе могут быть высказаны лишь гипотетические предположения. Они основаны на сейсмологических данных и материалах экспериментального моделирования физико-химических процессов, происходящих в недрах при высоких давлениях и температурах. Скорость продольных сейсмических волн в мантии нарастает до13,6 км/с, поперечных – до 7,2-7,3 км/с.

Мантия Земли (верхняя и нижняя ). Ниже раздела Мохоровичича между земной корой и ядром Земли находится мантия (до глубины около 2900 км). Это самая массивная из оболочек Земли – она составляет 83% объёма Земли и около 67% её массы. В мантии Земли по строению, составу и свойствам выделяют три слоя: слой Гуттенберга – В до глубины 200–400 км, слой Галицина – С до 700-900 км и слой D до 2900 км. В первом приближении слои В и С обычно объединяют в верхнюю мантию, а слой D рассматривают в качестве нижней мантии. В целом в пределах мантии плотность вещества и скорость сейсмических волн быстро возрастают.

Верхняя мантия. Считается, что верхняя мантия сложена магматическими горными породами, сильно обедненными кремнеземом, но обогащенными железом и магнием (так называемыми ультраосновными породами), главным образом перидотитом. Перидотит на 80% состоит из минерала оливина (Mg,Fe) 2 и на 20% из пироксена (Mg,Fe) 2 .

Земная кора отличается от нижележащих оболочек своим строе­нием и химическим составом. Подошва земной коры очерчивается сейсмической границей Мохоровичича, на которой скорости рас­пространения сейсмических волн резко возрастают и достигают 8 - 8,2 км/с.

Таблица 3.5. Распространенность горных пород в земной коре

(по А.Б. Ронову, А.А.Ярошевскому, 1976. и по В.В. Добровольскому, 2001)

Группы пород

Распространенность, % объема земной коры

Масса, 10 18 т

Пески и песчаные породы

Глины, глинистые сланцы, кремнистые породы

Карбонаты

Соленосные отложения (сульфатные и галоидные горные породы)

Гранитоиды, гранитогнейсы, кислые эффузивы и их метаморфические эквиваленты

Габбро, базальты и их метаморфические эквиваленты

Дуниты, перидотиты, серпентиниты

Метапесчаники

Парагнейсы и кристаллические сланцы

Метаморфизованные карбонатные породы

Железистые породы

Земная поверхность и примерно 25-километровая часть земной коры формируются под воздействием:

1)эндогенных процессов (текто­нические или механические и магматические процессы), благода­ря которым создается рельеф земной поверхности и формируются толщи магматических и метаморфических горных пород;

2) экзо­генных процессов , вызывающих денудацию (разрушение) и вы­равнивание рельефа, выветривание и перенос обломков горных пород и переотложение их в пониженных частях рельефа. В резуль­тате протекания весьма разнообразных экзогенных процессов фор­мируются осадочные горные породы, составляющие самый верх­ний слой земной коры.

Выделяют два основных типа земной коры: континентальный (гранито-гнейсовый) и океанский (базаль­товый) с прерывистым осадочным слоем. Переход от коры континентального типа к коре оке­анического типа представлен на рис. 3.8.

В континентальной коре выделяют три слоя: верхний - осадоч­ный и два нижних , сложенных кристаллическими породами. Мощ­ность верхнего осадочного слоя меняется в широких пределах: от практически полного отсутствия на древних щитах до 10 - 15 км на шель­фах пассивных окраин континентов и в краевых прогибах плат­форм. Средняя мощность осадков на стабильных платформах со­ставляет около 3 км.

Под осадочным слоем находятся толщи с преобладанием в них магматических и метаморфических горных пород гранитоидного ряда, относительно богатых кремнеземом. Местами в областях расположения древ­них щитов они выходят на земную поверхность (Канадский, Бал­тийский, Алданский, Бразильский, Африканский и др.). Породы «гранитного» слоя обычно преобразованы процессами региональ­ного метаморфизма и имеют очень древний возраст (80% континентальной земной коры древнее 2,5 млрд. лет).

Под «гранитным» слоем располагается «базальтовый» слой. Вещественный состав его не изучен, но судя по данным геофизических исследований, предполагается, что он близок с породами океанской коры.

Как континенталь­ная, так и океанская кора подстилаются породами верхней ман­тии, от которой они отделяются границей Мохоровичича (граница Мохо).

В целом Земная кора состоит преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. В ней пре­обладают кислород (43,13 %), кремний (26 %) и алюминий (7,45 %), главным образом представленные в форме оксидов, силикатов и алюмосиликатов. Средний химический состав земной коры приве­ден в табл. 3.6.

В земной коре континентального типа отмечается сравнительно высокое содержание долгоживущих радиоактивных изотопов урана 238 U, тория 232 Th и калия 40 K. Их наибольшая концентрация характерна для «гранитного» слоя.

Таблица 3.6. Средний химический состав континентальной и океанской коры

Оксиды и диоксиды

континентальной

океанской
Океаническая кора отличается от континентальной по химическому составу и строению, но так же имеет трехслойное строение

Самый верхний слой - осадочный - представлен песчано-глинистыми и карбонатны­ми осадками, отложившимися на небольших глубинах. На больших глубинах отла­гаются кремнистые илы и глубоководные красные глины.

Средняя мощность океанских осадков не превышает 500 м и только у под­ножия материковых склонов, особенно в районах крупных речных дельт, она возрастает до 12 -15 км. Вызвано это своеобразной бы­стротечной «лавинной» седиментацией, когда практически весь терригенный материал, выносимый речными системами с конти­нента, отлагается в прибрежных частях океанов, на материковом склоне и у его подножия.

Второй слой океанской коры в верхней части слагается поду­шечными лавами базальтов. Ниже располагаются долеритовые дайки того же состава. Общая мощность второго слоя океанской коры составляет 1,5 км и редко достигает 2 км. Под дайковым комплек­сом располагаются габбро и серпентениты, представляющие собой верхнюю часть третьего слоя. Мощность габбро-серпентинитового слоя достигает 5 км. Таким образом, общая мощность океанской коры без осадочного чехла составляет 6,5 - 7 км. Под осевой частью срединно-океанских хребтов мощность океанской коры сокращается до 3-4, а иногда и до 2 - 2,5 км.

Под гребнями срединно-океанских хребтов океанская кора залегает над очагами базальтовых расплавов, выделившихся из вещества астеносферы. Средняя плотность океанской коры без осадочного слоя составляет 2,9 г/см 3 . Исходя из этого общая масса океанской коры составляет 6,4 10 24 г. Океанская кора формируется в рифтовых областях срединно-океанских хребтов за счет поступления базальтовых расплавов из астеносферного слоя Земли и излияния толеитовых базальтов на океанское дно.

Литосфера. Залегающую выше астеносферы твердую плотную оболочку (включая земную кору) называют литосферой (греч. "литос" - камень). Характерным признаком литосферы является её жесткость и хрупкость. Именно хрупкостью объясняется наблюдаемое блочное строение литосферы. Она разбита крупными трещинами – глубинными разломами на крупные блоки - литосферные плиты.

Благодаря глобальной системе механических напряжений, чьё возникновение связано с вращением Земли, литосфера расколота на фрагменты – блоки разломами субмеридиального, субширотного и диагонального направлений. Эти разломы обеспечивают относительную независимость движения блоков литосферы относительно друг друга, чем и объясняется разница в строении и геологической истории отдельных литосферных блоков и их ассоциаций. Разделяющие блоки разломы, являются ослабленными зонами, по которым поднимаются магматические расплавы и потоки паров и газов.

В отличие от литосферы вещество астеносферы не обладает пределом прочности и может деформироваться (течь) при действии даже очень небольших нагрузок.

Химический состав земной коры . Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .Самые распространенные химические элементы (рис. 3.10) на всей Земле это:

    кислород (О 2) – составляет 47 масс % земной коры. Он входи в состав около 2 тысяч минералов;

    кремний (Si) – составляет 29,5% и входит в более чем тысячу минералов;

    алюминий (Аl) – 8,05%;

    железо (Fe), кальций (Са), калий (К), натрий (Na), титан (Ti), магний (Mg) – составляют первые % массы земной коры;

На долю остальных элементов приходится около 1%.

А.Е. Ферсман предложил выражать числа кларка не в весовых, а в атомных процентах, что лучше отражает соотношения количеств атомов, а не их масс и сформулировал три основные закономерности:

1. Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .

2. Всего девять элементов O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, являются главными строителями литосферы, составляя 99,18% ее веса. Из них на первые три приходится 84,55%. На долю остальных 83 приходится менее 1% (рис.3.9.).

3. Ведущий элемент – кислород. Его массовый кларк оценивается в интервале 44,6 – 49%, атомный – 53,3 (по А.Е. Ферсману), а объемный (по В.М. Гольдщмидту) – 92%.

Таким образом, земная кора и по объему и по массе состоит главным образом из кислорода.

Если средние содержания элементов в коре в первом приближении можно считать неизменными на протяжении всей ее истории, то в отдельных ее участках идут периодические изменения. Хотя земная кора не является закрытой системой, ее обмен массами вещества с космосом и более глубокими зонами планеты пока не могут быть учтены количественно, выходят за пределы точности наших измерений и явно не повлияют на числа кларков.

Кларк . В 1889 г. американский геохимик Фрэнк Кларк впервые определил средние содержания химических элементов в земной коре. В честь него русский академик А.Е.Ферсман предложил называть "кларками " - средние содержания химических элементов в какой-либо природной системе - в земной коре, в горной породе, в минерале 13 . Чем выше природный кларк химического элемента, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так, кислород встречается почти в половине всех известных минералов. Любая территория, которая содержит более кларка данного вещества, является потенциально интересной, так как там могут иметься промышленные запасы данного вещества. Такие участки исследуются геологами с целью выявления месторождений полезных ископаемых.

Некоторые химические элементы (например, радиоактивные) со временем изменяются. Так, уран и торий, распадаясь, превращаются в устойчивые элементы - свинец и гелий. Это дает основание предполагать, что в минувшие геологические эпохи кларки урана и тория были, очевидно, значительно выше, а кларки свинца - ниже, чем сейчас. По-видимому, это относится и ко всем другим элементам, подверженным радиоактивным превращениям. Изотопный состав некоторых химических элементов со временем меняется (например, изотоп урана 238 U). Предполагают, что два млрд. лет назад атомов изотопа 235 U на Земле было почти в шесть раз больше, чем сейчас.

Атмосферный воздух состоит из азота (77,99%), кислорода (21%), инертных газов (1%) и углекислого газа (0,01%). Доля углекислого газа со временем возрастает из-за того, что в атмосферу выделяются продукты горения топлива, а, кроме того, уменьшается площадь лесов, которые поглощают углекислый газ и выделяют кислород.

В атмосфере также находится незначительное количество озона, который сконцентрирован на высоте около 25-30 км и образует так называемый озоновый слой. Этот слой создает барьер для солнечного ультрафиолетового излучения, опасного для живых организмов Земли.

Кроме этого в атмосфере находится водяной пар и различные примеси — частички пыли, вулканический пепел, сажа и прочее. Концентрация примесей выше у поверхности земли и в определенных районах: над большими городами, пустынями.

Тропосфера — нижний , в нем находится большая часть воздуха и . Высота этого слоя неодинакова: от 8-10 км у тропиков до 16-18 у экватора. в тропосфере понижается с подъемом: на 6°С на каждый километр. В тропосфере формируется погода, образуются ветра, осадки, облака, циклоны и антициклоны.

Следующий слой атмосферы — стратосфера . Воздух в ней значительно более разрежен, в ней значительно меньше водяных паров. Температура в нижней части стратосферы — -60 — -80°С и падает с увеличением высоты. Именно в стратосфере находится озоновый слой. Для стратосферы характерны большие скорости ветра (до 80-100 м/сек).

Мезосфера — средний слой атмосферы, лежащий над стратосферой на высотах от 50 до S0-S5 км. Мезосфера характеризуется понижением средней температуры с высотой от 0° С на нижней границе до -90°С у верхней границы. Близ верхней границы мезосферы наблюдаются серебристые облака, освещаемые солнцем в ночное время. Давление воздуха на верхней границе мезосферы в 200 раз меньше, чем у земной поверхности.

Термосфера — расположена выше мезосферы, на высотах от SO до 400- 500 км, в ней температура сначала медленно, а потом быстро вновь начинает расти. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150-300 км. В термосфере температура непрерывно растет до высоты около 400 км, где она достигает 700 — 1500° С (в зависимости от солнечной активности). Под действием ультрафиолетовой и рентгеновской и космического излучения происходит также ионизация воздуха («полярные сияния»). Основные области ионосферы лежат внутри термосферы.

Экзосфера — внешний, наиболее разрежённый слой атмосферы, она начинается на высотах 450-ООО км, а её верхняя граница находится на расстоянии нескольких тысяч км от земной поверхности, где концентрация частиц становится такой же, как в межпланетном пространстве. Экзосфера состоит из ионизированного газа (плазмы); нижняя и средняя части экзосферы в основном состоят из кислорода и азота; с увеличением же высоты быстро растет относительная концентрация лёгких газов, особенно ионизированного водорода. Температура в экзосфере 1300-3000° С; она слабо растет с высотой. В экзосфере в основном расположены радиационные пояса Земли.