Геосферные оболочки Земли

                 МУ им. С.Ю. Витте

              Факультет управления

 

 

 

Дисциплина: Концепции современного естествознания.

Реферат на тему: «Геосферные  оболочки Земли»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подготовила:

Студентка 2 курса заочной (ДОТ) формы обучения

Группы УЗДт 25.2/Б-11

Фролова В.Н.

                                 Москва 2013

Оглавление

1.Введение

2.Строение  Земли

3.История  геосферных оболочек Земли

4.Строение  геосферных оболочек

5.Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Замечательный русский ученый К.Э. Циолковский  назвал Землю колыбелью человечества. Наша Планета – это наш родной дом, в котором мы живем и еще  долго будем жить. Поэтому планета  Земля вызывает особое отношение  у человека. В определенном смысле она выделена самой природой. Из всех планет Солнечной системы только на Земле существуют развитые формы жизни, приведшие к появлению разума. Таким образом, только на нашей планете произошел переход через очередную точку бифуркации в эволюции Вселенной, связанный с глубоким качественным скачком к высшим формам упорядоченности. Поэтому нам важно понять, чем Земля отличается от других планет Солнечной системы, каково ее происхождение и строение.

В данной работе мы обсудим геосферные оболочки нашей  планеты, их происхождение и строение.

Строение  Земли.

Формирование  Земли сопровождалось дифференциацией  вещества. Результатом этой дифференциации явилось разделение Земли на концентрически расположенные слои – геосферы, различающиеся химическим составом, агрегатным состоянием и физическими свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окруженное мантией. Из наиболее легких компонентов вещества, выделившихся из мантии, возникла расположенная над мантией земная кора – так называемая «твердая» Земля, заключающая в себе почти всю массу планеты. Далее возникли водная и воздушная оболочки нашей планеты. Кроме того, Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическим полями.

Таким образом, можно выделить ряд геосфер, из которых  состоит Земля:

-ядро;

-мантия;

-литосфера;

-гидросфера;

-атмосфера;

-магнитосфера.

Геосферы  различаются главным образом  плотностью составляющих их веществ. Самые  плотные вещества сосредоточены  в центральных частях планеты. Ядро составляет 1/3 массы Земли, кора и мантия - 2/3.

Названные нами земные оболочки взаимосвязаны и  проникают друг в друга. Гидросфера всегда присутствует в литосфере  и атмосфере, атмосфера – в  литосфере и гидросфере и т.д. С атмосферой, гидросферой и литосферой взаимодействуют внутренние оболочки Земли. Кроме того, во всех оболочках, кроме мантии и ядра, присутствует биосфера.

История геосферных оболочек Земли

Ядро. Вероятно, одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность, характерная для пород, выходящих на земную поверхность.

Существование было доказано в 1897 году немецким сейсмологом Э. Вихертом, а глубина залегания (2900 км) определена в 1910 году американским геофизиком Б. Гутенбергом.

Основоположник  геохимии В. М. Гольдшмидт в 1922 году предположил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

Альтернативную  гипотезу, что железное ядро возникло ещё в протопланетном облаке, развивали  немецкий учёный А. Эйкен (1944), американский учёный Е. Орован и советский учёный А. П. Виноградов (1960-е—70-е годы).

В 1941 году Кун и Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца и Земли и на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядро состоит из металлического водорода. Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку. Эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Однако позже эта гипотеза была адаптирована для объяснения строения планет-гигантов — Юпитера, Сатурна и других. Сейчас предполагается, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре.

Литосфера.  Плавление коры либо под влиянием мантийных струй, либо в зонах подлезания привело к возникновению островов протококонтинентальной коры, сложенной серыми гнейсами, распространенными во всех древних щитах. Им соответствуют наиболее древние известные породы с возрастом 4-3,2 млрд лет. Позднее, около 3,5 млрд лет назад, на первичной остаточной или на вторичной начали формироваться вулканические дуги. В результате примерно 2,7-2,5 млрд лет назад возникли значительные площади континентальной коры, которые слились в единый суперконтинент – первую Пангею в истории Земли. Толщина этой коры уже достигла толщины 35-40км. Ее нижняя часть под влиянием высоких давлений и температур испытывала значительные превращения, а на средних уровнях произошло вплавление 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, разделенными бассейнами с новообразованной океанической корой. Около 1,7 млрд лет назад, континенты вновь слились в единый суперконтинент. Образовалась Пангея-II. В интервале 1-0,6 млрд лет назад структурный план Земли претерпел радикальные изменения и существенно приблизился к современному.

Атмосфера и гидросфера. Атмосфера образовалась, главным образом, из газов, выделенных литосферой после формирования планеты. На протяжении миллиардов лет атмосфера Земли претерпела значительную эволюцию под влиянием многочисленных физико-химических и биологических процессов: диссипация газов в космическое пространство, вулканическая деятельность, диссоциация (расщепление) молекул в результате солнечного ультрафиолетового излучения, химические реакции между компонентами атмосферы и горными породами, дыхание и обмен веществ живых организмов. Так современный состав атмосферы значительно отличается от первичного, который имел место 4,5 млрд лет назад, когда сформировалась кора. Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в четырёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфер (570-200 млн. л. до н.э.). На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углеводородами, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (200 млн. л.н.- наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами: 
 постоянная утечка водорода в межпланетное пространство;  химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов.  
Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов). 
С появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа, состав атмосферы начал меняться. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончанию данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами.

Считается, что при разогреве Земли, кора вместе с гидросферой и атмосферой образовались в результате вулканической  деятельности – выброса лавы, пара и газов из внутренних частей мантии. Именно в виде пара часть воды поступила  в атмосферу.

Строение  гесферных оболочек.

Ядро  Земли занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км и состоит из двух частей – большого внешнего и малого внутреннего ядер. Температура ядра может  достигать 4000°С. Природа внутреннего ядра Земли с глубины 5000км остается загадкой. Это шар диаметром 2200км. Возможно оно состоит из никелистого железа без примесей серы и находится в твердом состоянии из-за огромного давления.

Судя по геофизическим  данным, внешнее ядро представляет собой жидкость, состоящую из расплавленного железа с примесью никеля и серы. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2200 км. Жидкое ядро позволяет объяснить наличие магнитного поля Земли и его вариаций, когда в геологическом прошлом нашей планеты неоднократно происходила инверсия магнитных полюсов.

Мантия  – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Она также существует в виде двух шаровых слоев - нижней и верхней мантии. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Все слои мантии расположены между радиусами 3450 и 6350 км. Данные о химическом составе мантии получены на основании анализов наиболее глубинных магматических горных пород, поступивших в верхние горизонты в результате мощных тектонических поднятий с выносом мантийного материала. Материал верхней мантии собран со дна разных участков океана. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена из силикатов и железа, прежде всего минерала оливина. Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 2500°С.  Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние вещества, в ином случае указанные температуры привели бы к ее расплавлению.

Литосфера – это земная кора с частью подстилающей ее мантии, которая образует слой толщиной порядка 100 км. Земная кора обладает высокой степенью жидкости, но и большей хрупкостью. В верхней части она слагается гранитами, в нижней – базальтами. Резкая асимметрия строения поверхности нашей планеты была замечена давно. Поэтому планетарный рельеф делится на две основные области – океаническую и континентальную. Кора имеет повышенную мощность в области континентов и пониженную в областях океанического дна. Континентальная кора содержит больше радиоактивных элементов, генерирующих тепло, чем тонка океаническая кора. Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, в основном слагается из восьми химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия. Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения. Более 70% приходится на магматические, 20% - на метаморфические породы, 9% составляют осадочные породы.

Гидросфера - это водная оболочка Земли, занимающая 3/4 части планеты. Она образует непрерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3800 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) — 11 022 метра. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2 % — воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Общий объём воды на планете около 1 532 000 000 кубических километров. Масса гидросферы примерно 1,46*10²¹ кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн тонн углекислого газа, а растворенного кислорода — 8 трлн тонн. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны.

В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Атмосфера – это воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней. Она состоит из воздуха – смеси газов, состоящей из 78% азота, 21% кислорода, а также инертных газов, водорода, углекислого газа, паров воды, на которые приходится 1% объема. Кроме того, воздух содержит большое количество пыли и различных примесей, порождаемых геохимическими и биологическими процессами на поверхности Земли. Масса атмосферы довольно велика и составляет 5,15*10¹³ кг. Это значит, что каждый кубический метр окружающего нас воздуха весит около 1кг. Вес всего этого воздуха, давящего на нас, называют атмосферным давлением.  Атмосфера Земли имеет слоистое строение, причем слои отличаются по физическим и химическим свойствам. Важнейшими физическими свойствами являются температура и давление, изменение которых лежит в основе выделения атмосферных слоев. Таким образом, в атмосфере выделяют: тропосферу, стратосферу, ионосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.

Тропосфера- это нижний слой атмосферы, определяющий погоду на нашей планете. Его толщина – 10-18 км. Следующий слой атмосферы – это стратосфера, простирающаяся до 50 км в высоту. Ионосфера – эта часть атмосферы начинается с высоты 50 км и состоит из ионов – электрически заряженных частиц воздуха. С высоты 80 км начинается мезосфера , роль которой состоит в поглощении озоном, водяным паром и углекислым газом ультрафиолетовой радиации Солнца. На высоте 90-400 км находится термосфера. В ней происходит основные процессы поглощения и преобразования солнечного ультрафиолетового и рентгеновского излучений. Верхняя часть атмосферы, простирающаяся от 450-800 км до 2000-3000 км, называется экзосферой. В ней содержится атомный кислород, гелий и водород.

Магнитосфера  – самая внешняя и протяженная оболочка Земли. Она представляет собой область околоземного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц космического происхождения. В магнитосфере находятся радиационные пояса. Магнитное поле Земли образуется во внешней оболочке ядра благодаря циркуляции огромных электрических токов. Поэтому Земля представляет собой огромный магнит с четко выраженными магнитными полюсами. Северный магнитный находится в Северной Америке на полуострове Ботия, Южный магнитный полюс – в Антарктиде на станции Восток.