Внутреннее строение Земли. Мантия

 

Химический состав Земли. В Земле можно найти все химические элементы таблицы Д. И. Менделеева. Однако количество их неодинаково, распределены они крайне неравномерно. Например, в земной коре кислород (О) составляет более 50 %, железо (Fе) – менее 5 % ее массы. Подсчитано, что базальтовый и гранитный слои состоят в основном из кислорода, кремния и алюминия, а в мантии возрастает доля кремния, магния и железа. В целом же принято считать, что на 8 элементов (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, водород) приходится 99,5 % состава земной коры, а на все остальные – 0,5 %. Данные о составе мантии и ядра носят предположительный характер.

 

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ

 

При исследовании внутреннего строения нашей планеты  чаще всего проводят визуальные наблюдения естественных и искусственных обнажений  горных пород, бурение скважин и  сейсмическую разведку. 

 

Обнажение горных пород – это выход пород на земную поверхность в оврагах, долинах рек, карьерах, шахтных выработках, на склонах гор. Породы в обнажении обычно скрыты тонким слоем осыпи, поэтому прежде всего его очищают от лишнего материала. При изучении обнажения обращают внимание на то, какими породами оно сложено, каковы состав и мощность этих пород, порядок их залегания (рис. 7). Обнажение тщательно описывают, зарисовывают или фотографируют. Из каждого пласта берут пробы для дальнейшего изучения в лаборатории. Лабораторный анализ проб необходим для того, чтобы определить химический состав пород, их происхождение и возраст.

 

Рис. 7. Схема обнажения горизонтально залегающих горных пород, прорезанных вулканической жилой [2]

 

Бурение скважин позволяет глубже проникнуть в толщу Земли. При бурении извлекают образцы пород – керн. А затем на основании изучения керна определяют состав, строение, залегание пород и строят чертеж пробуренной толщи – геологический разрез местности. Сопоставление многих разрезов дает возможность установить, как залегают породы, и составить геологическую карту территории.

При изучении внутреннего строения Земли особенно велико значение глубоких и сверхглубоких  скважин. Самая глубокая скважина находится  на Кольском полуострове, где бур  достиг отметки более 12 км.

 

Недостаток  и наблюдения обнажений и буровых  работ состоят в том, что они  позволяют изучить только тонкую пленку земной поверхности. Так, глубина  даже Кольской сверхглубокой скважины составляет менее 0,25 % радиуса Земли. 

 

Сейсмический метод дает возможность «проникнуть» на большие глубины.

В основе этого  метода лежит представление о  том, что сейсмические волны (от греческого сейсмос – волна, колебание) в средах разной плотности распространяются с неодинаковой скоростью: чем плотнее среда, тем больше скорость. На границе двух сред часть волн отражается и подобно кругам на воде идет обратно, а другая – распространяется дальше.

Искусственно  возбуждая волны на поверхности  Земли путем взрывов, сейсмологи фиксируют время, за которое отраженные волны вернулись назад. Для этих целей применяется прибор-самописец  – сейсмограф.

Различают два  вида сейсмических волн – продольные и поперечные. Продольные распространяются во всех средах – твердых, жидких и  газообразных, а поперечные – только в твердой среде.

Зная, с  какой скоростью распространяются волны в песках, глинах, гранитах, базальтах и других породах, по времени  их прохождения «туда и обратно» можно определить глубину залегания  пород, различающихся по плотности.

 

ГЛАВА 5. ДВИЖЕНИЕ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Земная  кора только кажется неподвижной, абсолютно  устойчивой. На самом же деле она  совершает непрерывные и разнообразные  движения. Некоторые из них происходят очень медленно и не воспринимаются органами чувств человека, другие, например землетрясения, носят обвальный, разрушительный характер. Какие же силы приводят в  движение земную кору?

 

Внутренние силы Земли, источник их происхождения. Известно, что на границе мантии и литосферы температура превышает 1500 °C. При этой температуре материя должна либо расплавиться, либо превратиться в газ. При переходе твердых тел в жидкое или газообразное состояние объем их должен увеличиваться. Однако этого не происходит, так как перегретые породы находятся под давлением вышележащих слоев литосферы. Возникает эффект «парового котла», когда стремящаяся расшириться материя давит на литосферу, приводя ее в движение вместе с земной корой. При этом, чем выше температура, тем сильнее давление и тем активнее движется литосфера. Особенно сильные очаги давления возникают в тех местах верхней мантии, где концентрируются радиоактивные элементы, распад которых разогревает слагающие породы до еще более высоких температур. Движения земной коры под действием внутренних сил Земли называют тектоническими. Эти движения подразделяют на колебательные, складкообразовательные и разрывные.

 

 

ГЛАВА 6. ВУЛКАНЫ И ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

 

При дальнейшем повышении температуры в недрах Земли горные породы, несмотря на высокое  давление, расплавляются, образуя магму. При этом выделяется много газов. Это еще больше увеличивает и  объем расплава, и его давление на окружающие породы. В результате очень плотная, насыщенная газами магма  стремится туда, где давление меньше. Она заполняет трещины в земной коре, разрывает и приподнимает пласты слагающих ее пород. Часть магмы, не достигнув земной поверхности, застывает  в толще земной коры, образуя магматические  жилы и лакколиты. Иногда же магма  вырывается на поверхность, и происходит ее извержение в виде лавы, газов, вулканического пепла, обломков горных пород и застывших  сгустков лавы.

 

Распространены  действующие вулканы закономерно  – все они приурочены к подвижным зонам земной коры (рис. 8).

 

Рис. 8. Зоны вулканизма и землетрясений [5]

В геологическом  прошлом Земли вулканизм был  более активным, чем теперь. Кроме  обычных (центральных) извержений происходили  трещинные излияния. Из гигантских трещин (разломов) в земной коре, протянувшихся  на десятки и сотни километров, лава извергалась на земную поверхность. Создавались сплошные или пятнистые  лавовые покровы, выравнивающие  рельеф местности.

Землетрясения. Причины землетрясений бывают разные: извержение вулканов, обвалы в горах. Но наиболее сильные из них возникают в результате движений земной коры. Такие землетрясения называют тектоническими. Зарождаются они обычно на большой глубине, на границе мантии и литосферы. Место зарождения землетрясения называется гипоцентром или очагом. На поверхности Земли, над гипоцентром, находится эпицентр землетрясения (рис. 9). Здесь сила землетрясения наиболее велика, а при удалении от эпицентра она ослабевает.

 

 

 

Рис. 9. Гипоцентр и эпицентр землетрясения [5]

Земная кора сотрясается непрерывно. В течение  года наблюдается свыше 10 000 землетрясений, но большая часть из них настолько  слаба, что не ощущается человеком  и фиксируется только приборами.

Нередко гипоцентр находится под  океаном. Тогда возникает разрушительная океаническая волна – цунами.

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование глубинного строения Земли относится к наиболее крупным и актуальным направлениям геологических наук. Новая стратификация  мантии Земли позволяет значительно  менее схематично, чем прежде, подойти  к сложной проблеме глубинной  геодинамики. Различие в сейсмических характеристиках земных оболочек (геосфер), отражающих различие в их физических свойствах и минеральном составе, создает возможности для моделирования геодинамических процессов в каждой из них в отдельности. Геосферы в этом смысле, как теперь совершенно ясно, обладают известной автономностью. От дальнейшего развития сейсмотомографии, как и некоторых других геофизических исследований, а также изучения минерального и химического состава глубин будут зависеть существенно более обоснованные построения в отношении состава, структуры, геодинамики и эволюции Земли в целом.

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Аруцев  А.А., Ермолаев Б.В., Кутателадзе И.О., Слуцкий М. Концепции современного  естествознания. С учебное пособие.  М. 1999

2. Петросова  Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И., Страут  Е.К. Естествознание и основы  экологии. Учебное пособие для  средних педагогических учебных  заведений. М.: Дрофа, 2007, 303 стр.

3. Савченко  В.Н., Смагин В.П.. НАЧАЛА СОВРЕМЕННОГО  ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ КОНЦЕПЦИИ И ПРИНЦИПЫ. Учебное пособие. Ростов-на-Дону. 2006.

4. Geotimes. 1994. Vol. 39, N 6. P. 13-15.

5. Ross A. The Earths Mantle Remodelled // Nature. 1997. Vol. 385, N 6616. P. 490.

6. Thompson A.B. Water in the EarthХs Upper Mantle // Nature. 1992. Vol. 358, N 6384. P. 295-302.

7. Пущаровский  Д.Ю. Глубинные минералы Земли  // Природа. 1980. N 11. С. 119-120.

8. Su W., Woodward R.L., Dziewonski A.M. Degree 12 Model of Shear Velocity Heterogeneity in the Mantle // J. Geophys. Res. 1994. Vol. 99, N B4. P. 6945-6980.

9. J. Geol. Soc. Japan. 1994. Vol. 100, N 1. P. VI-VII.

10.Пущаровский  Ю.М. Сейсмотомография и структура  мантии: Тектонический ракурс // Доклады  АН. 1996. Т. 351, N 6. С. 805-809.