Строение и состав Земного шара

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. 17). 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.

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.

Строение и состав Земного шара

Строение земного шара явилось результатом сложных процессов, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности.

Земля имеет форму геоида (греч. ge — земля, eidos — вид), т. е. шара, несколько сплюснутого у полюсов. Полярный радиус Земли — 6357 км, экваториальный — 6378 км, т. е. разница составляет 21 км. Общая площадь Земли 510 млн. км2.

Земля состоит из нескольких оболочек — сфер. Атмосфера — газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кислорода, паров воды и углекислоты. Толщина оболочки примерно 2000 км.

Гидросфера — несплошная водная оболочка Земли, представленная морями и океанами. Средняя глубина морей и океанов 3—4 км. Вода на Земле образовалась в результате геологических процессов, во время формирования и последующего развития Земли.

Биосфера — область распространения жизни на Земле, охватывающая атмосферу до 5—7 км, гидросферу — практически на всю ее глубину и литосферу — до 2—3 км.

Литосфера — каменная оболочка Земли толщиной 10—70 км, покрытая сверху осадочным слоем мощностью до 8—10 км.

Мощность литосферы на материках выше, чем в океанах. Верхняя часть ее гранитная, нижняя — базальтовая. В океанах гранитная оболочка отсутствует. Толщина базальтов 8—10 км. Каменная оболочка Земли называется сиалитной (по начальным буквам наиболее распространенных элементов Si, Al). Иногда ее называют сиаль. Плотность спалитной оболочки Земли колеблется в пределах 2,6—2,7 г/см3. Масса верхних слоев на глубине 20—50 км создает давление 1,3—J5 * 103 МПа, в связи с этим температура нижней части спалитной оболочки поднимается до 900° С

Ниже литосферы находится верхняя мантия, или «сима» (название по основным элементам — Si, Mg), толщина которой около 400 км. Плотность вещества в верхней части «симы» равна 3,3—3,5, а в нижней — до 4 г/см3, давление до 1,5-105 МПа, температура 1200—1300°С. Верхняя часть мантии называется астеносферой.

Под мантией расположены промежуточная мантия, имеющая толщину 110 км, и нижняя мантия мощностью 1400 км. Плотность вещества возрастает примерно до 10 г/см3 при давлении 2—2,5-10 в 5 степени МПа и температуре около 2500° С. Вещество мантии согласно последним геофизическим данным находится в твердом, аморфном состоянии.

Центр Земли составляет ядро радиусом 3—3,5 тыс. км, с давлением около 3-105 МПа, температурой 3000° С, плотностью 11—12 г/см3. При таких условиях все вещество ядра Земли находится в металлизированном состоянии, по-видимому, обусловливая появление магнитного поля. Состав ядра точно не известен. Существует представление, что оно по составу железо-никелевое, или «нифе» (Ni, Fe), и твердое. По некоторым гипотезам, ядро Земли находится в жидком состоянии.