Из каких слоев состоит внутреннее строение земли


Методы изучения внутреннего строения и состава Земли

Методы изучения внутреннего строения и состава Земли можно разделить на две основные группы: геологические методы и геофизические методы. Геологические методы базируются на результатах непосредственного изучения толщ горных пород в обнажениях, горных выработках (шахтах, штольнях и пр.) и скважинах. При этом в распоряжении исследователей имеется весь арсенал  методов исследования строения и состава, что определяет высокую степенью детальности получаемых результатов. Вместе с тем, возможности этих методов при изучении глубин планеты весьма ограничены – самая глубокая в мире скважина имеет глубину лишь -12262 м (Кольская сверхглубокая в России), ещё меньшие глубины достигнуты при бурении океанического дна (около -1500 м, бурение с борта американского исследовательского судна «Гломар Челленджер»). Таким образом, непосредственному изучению доступны глубины, не превышающие 0,19% радиуса планеты.


Сведения о глубинном строении базируются на анализе косвенных данных, полученных геофизическими методами, главным образом закономерностей изменения с глубиной различных физических параметров (электропроводности, механической добротности и т.д.), измеряемых при геофизических исследованиях. В основу разработки моделей внутреннего строения Земли положены в первую очередь результаты сейсмических исследований, опирающиеся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн. В очагах землетрясений и мощных взрывов возникают сейсмические волны – упругие колебания. Эти волны разделяются на объёмные – распространяющиеся в недрах планеты и «просвечивающие» их подобно рентгеновским лучам, и поверхностные – распространяющиеся параллельно поверхности и «зондирующие» верхние слои планеты на глубину десятки – сотни километров.
Объемные волны, в свою очередь, разделяются на два вида – продольные и поперечные. Продольные волны, имеющие большую скорость распространения, первыми фиксируются сейсмоприёмниками, их называют первичными или Р-волнами (от англ. рrimary — первичные), более «медленные» поперечные волны называют S-волны (от англ. secondary — вторичные). Поперечные волны, как известно, обладают важной особенностью – они распространяются только в твёрдой среде.

На границах сред с разными свойствами происходит преломление волн, а на границах резких изменений свойств, помимо преломлённых, возникают отраженные и обменные волны. Поперечные волны могут иметь смещение, перпендикулярное плоскости падения (SH-волны) или смещение, лежащее в плоскости падения (SV-волны). При переходе границы сред с разными свойствами волны SH испытывают обычное преломление, а волны SV, кроме преломлённой и отражённой SV-волн, возбуждают P-волны. Так возникает сложная система сейсмических волн, «просвечивающих» недра планеты.


  Анализируя закономерности распространения волн можно выявить неоднородности в недрах планеты — если на некоторой глубине фиксируется скачкообразное изменение скоростей распространения сейсмических волн, их преломление и отражение, можно заключить, что на этой глубине проходит граница внутренних оболочек Земли, различающихся по своим физическим свойствам.

Сейсмическая модель Земли

Изучение путей и скорости распространения в недрах Земли сейсмических волн позволили разработать сейсмическую модель её внутреннего строения.

Сейсмические волны, распространяясь от очага землетрясения в глубь Земли, испытывают наиболее значительные скачкообразные изменения скорости, преломляются и отражаются на сейсмических разделах, расположенных на глубинах 33 км и 2900 км от поверхности (см. рис.). Эти резкие сейсмические границы позволяют разделить недра планеты на 3 главные внутренние геосферы – земную кору, мантию и ядро.

Сейсмическая модель Земли


Земная кора от мантии отделяется резкой сейсмической границей, на которой скачкообразно возрастает скорость и продольных, и поперечных волн. Так скорость поперечных волн резко возрастает с 6,7-7,6 км/с в нижней части коры до 7,9-8,2 км/с в мантии. Эта граница была открыта в 1909 г. югославским сейсмологом Мохоровичичем и впоследствии была названа границей Мохоровичича (часто кратко называемой границей Мохо, или границей М). Средняя глубина границы составляет 33 км (нужно заметить, что это весьма приблизительное значение в силу разной мощности в разных геологических структурах); при этом под континентами глубина раздела Мохоровичича может достигать 75-80 км (что фиксируется под молодыми горными сооружениями – Андами, Памиром), под океанами она понижается, достигая минимальной мощности 3-4 км. 

Ещё более резкая сейсмическая граница, разделяющая мантию и ядро, фиксируется на глубине 2900 км. На этом сейсмическом разделе скорость Р-волн скачкообразно падает с 13,6 км/с в основании мантии до 8,1 км/с в ядре; S-волны – с 7,3 км/с до 0. Исчезновение поперечных волн указывает, что внешняя часть ядра обладает свойствами жидкости. Сейсмическая граница, разделяющая ядро и мантию, была открыта в 1914 г. немецким сейсмологом Гутенбергом, и её часто называют границей Гутенберга, хотя это название и не является официальным.


Резкие изменения скорости и характера прохождения волн фиксируются на глубинах 670 км и 5150 км. Граница 670 км разделяет мантию на верхнюю мантию (33-670 км) и нижнюю мантию (670-2900 км). Граница 5150 км разделяет ядро на внешнее жидкое (2900-5150 км) и внутреннее твёрдое (5150-6371 км).

Существенные изменения отмечаются и на сейсмическом разделе 410 км, делящим верхнюю мантию на два слоя.

Полученные данные о глобальных сейсмических границах дают основание для рассмотрения современной сейсмической модели глубинного строения Земли.

Внешней оболочкой твёрдой Земли является земная кора, ограниченная границей Мохоровичича. Эта относительно маломощная оболочка, толщина которой составляет от 4-5 км под океанами до 75-80 км под континентальными горными сооружениями. В составе знмной коры отчетливо выделяется верхний осадочный слой, состоящий из неметаморфизованных осадочных пород, среди которых могут присутствовать вулканиты, и постилающая его консолидированная, или кристаллическая, кора, образованная метаморфизованными и магматическими интрузивными породами.Существуют два главных типа земной коры – континентальная и океанская, принципиально различающиеся по строению, составу, происхождению и возрасту.

Континентальная кора залегает под континентами и их подводными окраинами, имеет  мощность от 35-45 км до 55-80 км, в её разрезе выделяются 3 слоя.
рхний слой, как правило, сложен осадочными породами, включающими небольшое количество слабометаморфизованных и магматических пород. Этот слой называется осадочным. Геофизически он характеризуются низкой скоростью Р-волн в диапазоне 2-5 км/с. Средняя мощность осадочного слоя около 2,5 км.
Ниже располагается верхняя кора (гранито-гнейсовый или «гранитный» слой), сложенный магматическими и метаморфическими породами богатыми кремнезёмом (в среднем соответствующими по химическому составу гранодиориту). Скорость прохождения Р-волн в данном слое составляет 5,9-6,5 км/с. В основании верхней коры выделяется сейсмический раздел Конрада, отражающий возрастание скорости сейсмических волн при переходе к нижней коре. Но этот раздел фиксируется не повсеместно: в континентальной коре часто фиксируется постепенное возрастание скоростей волн с глубиной.
Нижняя кора (гранулито-базитовый слой) отличается более высокой скоростью волн (6,7-7,5 км/с для Р-волн), что обусловлено изменением состава пород при переходе от верхней мантии. Согласно наиболее приятой модели её состав соответствует гранулиту.

В формировании континентальной коры принимают участие породы различного геологического возраста, вплоть до самых древних возрастом около 4 млрд. лет.

Океанская кора имеет относительно небольшую мощность, в среднем 6-7 км.
её разрезе в самом общем виде можно выделить 2 слоя. Верхний слой – осадочный, характеризующийся малой мощностью (в среднем около 0,4 км) и низкой скоростью Р-волн (1,6-2,5 км/с). Нижний слой – «базальтовый» — сложенный основными магматическими породами (вверху – базальтами, ниже – основными и ультраосновными интрузивными породами). Скорость продольных волн в «базальтовом» слое нарастает от 3,4-6,2 км/с в базальтах до 7-7,7 км/с в наиболее низких горизонтах коры.

Возраст древнейших пород современной океанской коры около 160 млн. лет.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Мантия представляет собой наибольшую по объёму и массе внутреннюю оболочку Земли, ограниченную сверху границей Мохо, снизу – границей Гутенберга. В её составе выделяется верхняя мантия и нижняя мантия, разделённые границей 670 км.

Верхняя мания по геофизическим особенностям разделяется на два слоя. Верхний слой — подкоровая мантия — простирается от границы Мохо до глубин 50-80 км под океанами и 200-300 км под континентами и характеризуется плавным нарастанием скорости как продольных, так и поперечных сейсмических волн, что объясняется уплотнением пород за счёт литостатического давления вышележащих толщ. Ниже подкоровой мантии до глобальной поверхности раздела 410 км расположен слой пониженных скоростей.


к следует из названия слоя, скорости сейсмических волн в нем ниже, чем в подкоровой мантии. Более того, на некоторых участках выявляются линзы, вообще не пропускающие S-волны, это даёт основание констатировать, что вещество мантии на этих участках находится в частично расплавленном состоянии. Этот слой называют астеносферой (от греч. «asthenes» — слабый и «sphair» — сфера); термин введён в 1914 американским геологом Дж. Барреллом, в англоязычной литературе часто обозначаемый LVZ – Low Velocity Zone. Таким образом, астеносфера – это слой в верхней мантии (расположенный на глубине около 100 км под океанами и около 200 км и более под континентами), выявляемый на основании снижения скорости прохождения сейсмических волн и обладающий пониженной прочностью и вязкостью. Поверхность астеносферы хорошо устанавливается и по резкому снижению удельного сопротивления (до значений около 100 Ом.м).

Наличие пластичного астеносферного слоя, отличающегося по механическим свойствам от твёрдых вышележащих слоёв, даёт основание для выделения литосферы — твердой оболочки Земли, включающей земную кору и подкоровую мантию, расположенную выше астеносферы. Мощность литосферы составляет от 50 до 300 км. Нужно отметить, что литосфера не является монолитной каменной оболочкой планеты, а разделена на отдельные плиты, постоянно движущиеся по пластичной астеносфере. К границам литосферных плит приурочены очаги землетрясений и современного вулканизма.


Глубже раздела 410 км в верхней мантии повсеместно распространяются и P-, и S-волны, а их скорость относительно монотонно нарастает с глубиной.

В нижней мантии, отделённой резкой глобальной границей 670 км, скорость Р- и S-волн монотонно, без скачкообразных изменений, нарастает соответственно до 13,6 и 7,3 км/с вплоть до раздела Гутенберга.

Во внешнем ядре скорость Р-волн резко снижается до 8 км/с, а S-волны полностью исчезают. Исчезновение поперечных волн даёт основание предполагать, что внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии. Ниже раздела 5150 км находится внутреннее ядро, в котором возрастает скорость Р-волн, и вновь начинают распространяться S-волны, что указывает на его твёрдое состояние.

Фундаментальный вывод из описанной выше скоростной модели Земли состоит в том, что наша планета состоит из серии концентрических оболочек, представляющих железистое ядро, силикатную мантию и алюмосиликатную кору.

Геофизическая характеристика Земли

Распределение массы между внутренними геосферами

Масса оболочек ЗемлиОсновная часть массы Земли (около 68%) приходится на ее относительно лёгкую, но большую по объёму мантию, при этом примерно 50% приходится на нижнюю мантию и около 18% – на верхнюю. Оставшиеся 32% общей массы Земли приходятся в основном на ядро, причем его жидкая внешняя часть (29% общей массы Земли) гораздо тяжелее, чем внутренняя твердая (около 2%). На кору остается лишь менее 1% общей массы планеты.


Плотность

Плотность оболочек закономерно возрастает к центру Земли (см. рис). Средняя плотность коры составляет 2,67 г/см3; на границе Мохо она скачкообразно возрастает с 2,9-3,0 до 3,1-3,5 г/см3.  В мантии плотность постепенно возрастает за счет сжатия силикатного вещества и фазовых переходов (перестройкой кристаллической структуры вещества в ходе «приспособления» к возрастающему давлению) от 3,3 г/см3 в подкоровой части до 5,5 г/см3 в низах нижней мантии. На границе Гутенберга (2900 км) плотность скачкообразно увеличивается почти вдвое – до 10 г/см3 во внешнем ядре. Еще один скачок плотности – от 11,4 до 13,8 г/см3 — происходит на границе внутреннего и внешнего ядра (5150 км). Эти два резких плотностных скачка имеют различную природу: на границе мантия/ядро происходит изменение химического состава вещества (переход от силикатной мантии к железному ядру), а скачок на границе 5150 км связан с изменением агрегатного состояния (переход от жидкого внешнего ядра к твердому внутреннему). В центре Земли плотность вещества достигает 14,3 г/см3.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Давление

Давление в недрах Земли рассчитывается на основании ее плотностной модели. Увеличение давления по мере удаления от поверхности обуславливается несколькими причинами:


  1. сжатием за счет веса вышележащих оболочек (литостатическое давление);

  2. фазовыми переходами в однородных по химическому составу оболочках (в частности, в мантии);

  3. различием в химическом составе оболочек (коры и мантии, мантии и ядра).

У подошвы континентальной коры давление составляет около 1 ГПа (точнее 0,9*109 Па). В мантии Земли давление постепенно растет, на границе Гутенберга оно достигает 135 ГПа. Во внешнем ядре градиент роста давления увеличивается, а во внутреннем ядре, наоборот, уменьшается. Расчетные величины давления на границе между внутренним и внешним ядрами и вблизи центра Земли составляют соответственно 340 и 360 ГПа.

Температура. Источники тепловой энергии

Протекающие на поверхности и в недрах планеты геологические процессы в первую очередь обусловлены тепловой энергией. Источники энергии подразделяются на две группы: эндогенные (или внутренние источники), связанные с генерацией тепла в недрах планеты, и экзогенные (или внешние по отношению к планете). Интенсивность поступления тепловой энергии из недр к поверхности отражается в величине геотермического градиента. Геотермический градиент – приращение температуры с глубиной, выраженной в 0С/км. «Обратной» характеристикой является геотермическая ступень – глубина в метрах, при погружении на которую температура повысится на 1 0С. Средняя величина геотермического градиента в верхней части коры составляет 30 0С/км и колеблется от 200 0С/км в областях современного активного магматизма до 5 0С/км в областях со спокойным тектоническим режимом. С глубиной величина геотермического градиента существенно уменьшается, составляя в литосфере, в среднем около 10 0С/км, а в мантии – менее 1 0С/км. Причина этого кроется в распределении источников тепловой энергии и характере теплопереноса.

Температура

Источниками эндогенной энергии являются следующие.
1. Энергия глубинной гравитационной дифференциации, т.е. выделение тепла при перераспределении вещества по плотности при его химических и фазовых превращениях. Основным фактором таких превращений служит давление. В качестве главного уровня выделения этой энергии рассматривается граница ядро – мантия.
2. Радиогенное тепло, возникающее при распаде радиоактивных изотопов. Согласно некоторым расчётам, этот источник определяет около 25% теплового потока, излучаемого Землёй. Однако необходимо принимать во внимание, что повышенные содержания главных долгоживущих радиоактивных изотопов – урана, тория и калия отмечаются только в верхней части континентальной коры (зона изотопного обогащения). Например, концентрация урана в гранитах достигает 3,5 • 10–4 %, в осадочных породах – 3,2 • 10–4 %, в то время как в океанической коре она ничтожно мала: около 1,66 • 10–7 %. Таким образом, радиогенное тепло является дополнительным источником тепла в верхней части континентальной коры, что и определяет высокую величину геотермического градиента в этой области планеты.
3. Остаточное тепло, сохранившееся в недрах со времени формирования планеты.
4. Твёрдые приливы, обусловленные притяжение Луны. Переход кинетической приливной энергии в тепло происходит вследствие внутреннего трения в толщах горных пород. Доля этого источника в общем тепловом балансе невелика – около 1-2 %.

В литосфере преобладает кондуктивный (молекулярный) механизм теплопереноса, в подлитосферной мантии Земли происходит переход к преимущественно конвективному механизму теплопереноса.

Расчёты температур в недрах планеты дают следующие значения: в литосфере на глубине около 100 км температура составляет около 1300 0С, на глубине 410 км – 1500 0С, на глубине 670 км – 1800 0С, на границе ядра и мантии – 2500 0С, на глубине 5150 км – 3300 0С, в центе Земли – 3400 0С. При этом в расчёт принимался только главный (и наиболее вероятный для глубинных зон) источник тепла – энергия глубинной гравитационной дифференциации.

Эндогенное тепло определяет протекание глобальных геоднинамических процессов. в том числе перемещение литосферных плит

На поверхности планеты важнейшую роль имеет экзогенный источник тепла – солнечное излучение. Ниже поверхности влияние солнечного тепла резко снижается. Уже на небольшой глубине (до 20-30 м) располагается пояс постоянных температур – область глубин, где температура остаётся постоянной и равна среднегодовой температуре района. Ниже пояса постоянных температур тепло связано с эндогенными источниками.

Магнетизм Земли

Земля представляет собой гигантский магнит с магнитным силовым полем и магнитными полюсами, которые располагаются поблизости от географических, но не совпадают с ними. Поэтому в показаниях магнитной стрелки компаса различают магнитное склонение и магнитное наклонение.

Магнитное склонение – это угол между направлением магнитной стрелки компаса и географическим меридианом в данной точке. Этот угол будет наибольшим на полюсах (до 900) и наименьшим на экваторе (7-80).

Магнитное наклонение – угол, образуемый наклоном магнитной стрелки к горизонту. В приближении к магнитному полюсу стрелка компаса займёт вертикальное положение.

Предполагается, что возникновение магнитного поля обусловлено системами электрических токов, возникающих при вращении Земли, в связи с конвективными движениями в жидком внешнем ядре. Суммарное магнитное поле складывается из значений главного поля Земли и поля, обусловленного ферромагнитными минералами в горных породах земной коры. Магнитные свойства характерны для минералов – ферромагнетиков, таких как магнетит (FeFe2O4), гематит (Fe2O3), ильменит (FeTiO2), пирротин (Fe1-2S) и др., которые являются полезными ископаемыми и устанавливаются по магнитным аномалиям. Для этих минералов характерно явление остаточной намагниченности, которая наследует ориентировку магнитного поля Земли, существовавшего во время образования этих минералов. Реконструкция места положения магнитных полюсов Земли в разные геологические эпохи свидетельствует о том, что магнитное поле периодически испытывало инверсию — изменение, при котором магнитные полюсы менялись местами. Процесс изменения магнтиного знака геомагнитного поля длится от нескольких сотен до несмкольких тысяч лет и начинается с интенсивного понижения напряженности главного магнитного поля Земли практически до нуля, затем устанавливается обратная полярность и через некоторое время следует быстрое восстановление напряженности, но уже противоположного знака.  Северный полюс занимал место южного и, наоборот, с примерной частотой 5 раз в 1 млн. лет. Современная ориентация магнитного поля установилась около 800 тыс. лет назад.

 

Источник: popovgeo.sfedu.ru

Метод исследования недр

 

Однако определенные знания о глубинах нашей планеты все-таки установлены. Ученые изучили ее внутреннее строение с помощью сейсмического метода. Основой данного метода, является измерение колебаний во время землетрясения или искусственных взрывов производимых в недрах Земли. Вещества с разной плотностью и составом, пропускали через себя колебания с определенной скоростью. Что позволило с помощью специальных приборов измерить эту скорость и проанализировать полученные результаты.

Мнение ученых

Исследователями было установлено, что наша планета имеет несколько оболочек: земную кору, мантию и ядро. Ученые считают, что примерно 4,6 млрд. лет назад началось расслоение недр Земли и продолжает расслаиваться, по сей день. По их мнению, все тяжелые вещества спускаются к центру Земли, присоединяясь к ядру планеты, а более легкие вещества поднимаются вверх и становятся земной корой. Когда внутреннее расслоение закончится, наша планета превратиться в холодную и мертвую.

Земная кора

Является самой тонкой оболочкой планеты. Ее доля составляет 1% от общей массы Земли. На поверхности земной коры обитают люди и добывают из нее все необходимое для выживания. В земной коре, во многих местах, имеются шахты и скважины. Ее состав и строение изучается с помощью образцов собранных с поверхности.

Мантия

Представляет собой самую обширную оболочку земли.  Ее объем, и масса составляет 70 – 80% всей планеты. Мантия состоит из твердого вещества, но менее плотного, чем вещество ядра. Чем глубже располагается мантия, тем больше становиться ее температура и давление. Мантия имеет частично расплавленный слой. С помощью этого слоя твердые вещества перемещаются к ядру земли.

Источник: SpaceGid.com

Форма и размеры планеты Земля

Форма и геометрические размеры Земли — основные понятия, которыми она описывается, как небесное тело. В средние века считалось, что планета имеет плоскую форму, находится в центре Вселенной, а вокруг нее вращается Солнце и другие планеты.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Но такие смелые естествоиспытатели, как Джордано Бруно, Николай Коперник, Исаак Ньютон опровергли подобные суждения и математически доказали, что Земля имеет форму шара с приплюснутыми полюсами и вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Структура планеты очень многообразная, при том, что ее размеры достаточно невелики по меркам даже солнечной системы – длина экваториального радиуса составляет 6378 километров, полярного радиуса – 6356 км.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Длина одного из меридианов равняется 40008 км, а экватор простирается на 40007 км. Из этого также видно, что планета несколько «приплющена» между полюсами, ее вес составляет 5.9742 × 1024 кг.

Земные оболочки

Земля состоит из многих оболочек, образующих своеобразные слои. Каждый слой является центрально симметричным по отношению к базовой центральной точке. Если визуально выполнить разрез грунта по всей его глубине, то откроются слои с разным составом, агрегатным состоянием, плотностью и т. д.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Все оболочки делятся на две большие группы:

  1. Внутреннее строение описывается, соответственно, внутренними оболочками. Ими является земная кора и мантия Земли.
  2. Внешние оболочки, к которым относится гидросфера и атмосфера.

Строение каждой оболочки является предметом изучения отдельных наук. Ученые до сих пор, в век бурного технического прогресса, не все вопросы выяснили до конца.

Земная кора и ее типы

Земная кора – это одна из оболочек планеты, занимающая только около 0,473% от ее массы. Глубина коры 5 — 12 километров.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Интересно отметить, что глубже ученые практически не проникали, а если провести аналогию, то кора – это как кожица на яблоке по отношению ко всему его объему. Дальнейшее и более точное изучение требует совершенно другого уровня развития техники.

Если смотреть на планету в разрезе, то по мере разной глубины проникновения внутрь ее структуры можно по порядку выделить такие типы земной коры:

  1. Океаническая кора — состоит преимущественно из базальтов, находится на дне океанов под огромными слоями воды.
  2. Континентальная или материковая кора — покрывает сушу, состоит из очень богатого химического состава, включающего на 25% кремний, на 50% кислород, а также 18% других основных элементов таблицы Менделеева. В целях удобного изучения этой коры ее еще делят на нижнюю и верхнюю. Наиболее древние относятся к нижней части.

Температура коры увеличивается по мере углубления.

Мантия

Основной объем нашей планеты составляет мантия. Она занимает все пространство между рассмотренной выше корой и ядром и состоит из многих слоев. Наименьшая толщина до мантии составляет около 5 — 7 км.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Современный уровень развития науки и техники не позволяет непосредственно изучать данную часть Земли, поэтому для получения информации о ней используют косвенные методы.

Очень часто рождение новой земной коры сопровождается ее контактом с мантией, что особенно активно происходит в местах под океанскими водами.

Сегодня считается, что существует верхняя и нижняя мантии, которые разделяются границей Мохоровичича. Проценты этого распределения просчитаны достаточно точно, но требуют уточнения в будущем.

Внешнее ядро

Ядро планеты также не является однородным. Огромные температуры, давление заставляют протекать здесь многие химические процессы, производится распределение масс, веществ. Ядро делится на внутреннее и внешнее.

Внешнее ядро имеет толщину около 3000 километров. Химический состав этого слоя: железо и никель, находящиеся в жидкой фазе. Температура среды здесь колеблется от 4400 до 6100 градусов по Цельсию по мере приближения к центру.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Внутреннее ядро

Центральная часть Земли, радиус которой примерно 1200 километров. Самый нижний слой, который также состоит из железа и никеля, а также некоторых примесей легких элементов. Агрегатное состояние этого ядра схоже с аморфным. Давление здесь достигает невероятных 3,8 млн. бар.

А вы знаете, сколько километров до ядра земли? Расстояние приблизительно 6371 км, что легко высчитывается, если знать диаметр и другие параметры шара.

Сравнение мощности внутренних слоев Земли

Геологическое строение порой оценивается таким параметром, как мощность внутренних слоев. Считается, что наиболее мощной является мантия, так как у нее самая большая толщина.

Далее идет ядро – в плане мощности оно занимает второе место. Наружная кора находится по этому свойству на третьем месте.

Внешние сферы земного шара

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Планета Земля отличается от любого другого известного ученым космического объекта тем, что обладает еще и внешними сферами, к которым принадлежат:

  • гидросфера;
  • атмосфера;
  • биосфера.

Методы исследования этих сфер значительно отличаются, ведь все они очень разнятся по своему составу и объекту изучения.

Гидросфера

Под гидросферой понимается вся водная оболочка Земли, включая как огромные океаны, занимающие примерно 74% поверхности, так и моря, реки, озера и даже небольшие ручьи и водоемы.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Наибольшая толщина гидросферы составляет около 11 км и наблюдается в районе Марианской впадины. Именно вода считается источником жизни и тем, что отличается наш шар от всех остальных во Вселенной.

Гидросфера занимает примерно 1,4 млрд. км3 объема. Здесь кипит жизнь, и обеспечиваются условия для функционирования атмосферы.

Атмосфера

Газовая оболочка нашей планеты, надежно закрывающая ее недра от космических объектов (метеоритов), космического холода и других явлений, несовместимых с жизнью.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Толщина атмосферы составляет по разным оценкам около 1000 км. Возле поверхности грунта плотность атмосферы составляет плотность 1,225 кг/м3.

На 78% газовая оболочка состоит из азота, на 21% из кислорода, остальное приходится на такие элементы, как аргон, углекислый газ, гелий, метан и прочие.

Биосфера

В независимости от того, как изучают рассматриваемый вопрос ученые, биосфера составляет важнейшую часть структуры Земли – это та оболочка, которая населена живыми существами, включая и самих людей.

Из каких слоев состоит внутреннее строение земли

Биосфера не просто населена живыми существами, но еще и постоянно изменяется под их воздействием, в особенности, под воздействием человека и его деятельности. Целостное учение об этой сфере разработал великий ученый В. И. Вернадский. Самое это определение ввел австрийский геолог Зюсс.

Заключение

Поверхность Земли, а также все оболочки ее внешней и внутренней структуры являются очень интересным предметом исследования для целых поколений ученых.

Хоть на первый взгляд кажется, что рассмотренные сферы довольно разрозненны, но на самом деле они связаны нерушимыми связями. К примеру, жизнь и вся биосфера просто невозможны без гидросферы и атмосферы, те же, в свою очередь, берут начало из недр.

Источник: 101student.ru

История образования Земли

Земля образовалась примерно 4,54 млрд лет назад вместе с другими планетами Солнечной системы. Ранее на этом месте располагалось большое протопланетное облако, которое постепенно пришло во вращение. Находящиеся внутри него вещества начали сталкиваться друг с другом и собираться в планеты.

Изображение Земли на ранних этапах формирования
Изображение Земли на ранних этапах формирования

Изначально Земля представляла собой раскаленное тело, но постепенно оно начало остывать. По мере снижения температуры поверхность покрывалась твердой оболочкой. А примерно через 10 млн лет в планету врезалось небесное тело, названное учеными Теей. В результате столкновения на определенное расстояние от нее отлетели осколки, которые впоследствии превратились в Луну.

Благодаря вулканической деятельности и реакции, происходящей внутри горных пород, вокруг планеты сформировалась атмосфера. В ней начала конденсироваться вода, которая в совокупности составила Мировой Океан. Через миллиард лет после формирования планеты вокруг нее образовалось магнитное поле, которое начало защищать ее от солнечных ветров. Примерно 3,3 млрд лет назад на Земле появились условия, подходящие для создания жизни.

Строение Земли

Внутреннее строение Земли
Внутреннее строение Земли

Сердцевина Земли состоит из двух компонентов: внутреннего и внешнего ядер. Их радиус составляет 1300 км и 2200 км соответственно. В центре планеты температура способна достигать +5000 градусов Цельсия. Вокруг ядра находится слой мантии, который составляет примерно 84% от всего состава Земли. Он, в свою очередь, делится на верхнюю и нижнюю. Наружный слой мантии, называемый литосферой, начинается на глубине 2900 км от поверхности.

Литосфера имеет толщину в 100 км. Ее верхняя часть зовется земной корой и служит оболочкой планеты. Толщина на суше равна примерно 50 км, а на дне океанов – 10 км. Литосфера представляет собой совокупность больших плит, которые имеют свойство двигаться.

Магнитное поле

Схема магнитного поля Земли и его взаимодействие с Солнцем
Схема магнитного поля Земли и его взаимодействие с Солнцем

Земля непрерывно вращается вокруг своей оси. Ядро, находящееся внутри планеты, реагирует на это, из-за чего вокруг нее возникает магнитное поле, называемое “магнитосферой”. Также оно привязано к полюсам – Северному и Южному. Когда на Солнце происходят вспышки, множество частиц ионизированного газа попадают на Землю и вступают во взаимодействие с ним. Из-за этого в магнитном поле происходят сильные изменения, называемые бурями. Некоторые люди чувствуют эти колебания, из-за чего у них появляется мигрень и головные боли.

Полярные сияния являются наглядным примером магнитных бурь. Солнечный ветер сталкивается с атомами, находящимися в атмосфере Земли, после чего в пространстве появляется характерное свечение.

Анализ полярного сияния помог установить, что примерно раз в 100 тысяч лет у Земли полюса меняются местами. Однако на данный момент недостаточно данных, чтобы объяснить причину, из-за которой происходит это явление.

Атмосфера

Схема атмосферы Земли
Схема атмосферы Земли

Появление сложных форм жизни на Земле стало возможным благодаря наличию атмосферы. Она имеет определенную структуру, состоящую из нескольких слоев. В прошлом в ее состав входили углекислый газ, водород, метан, аммиак и водяной пар. Но с течением времени большая часть этих элементов улетучилась в космическое пространство, а оставшиеся до сих пор удерживаются в атмосфере благодаря силе притяжения Земли.

Атмосфера планеты имеет пять слоев:

  1. Тропосфера. Нижний слой, высота которого составляет 12 км, является самым плотным, поскольку в нем находится наибольшее количество кислорода и других веществ. Температура в тропосфере с каждым километром падает на 6 градусов Цельсия по мере подъема.
  2. Стратосфера. Второй слой атмосферы, находящийся над Землей на расстоянии от 12 до 50 км. В нем присутствует большое количество озона, который не пропускает ультрафиолет, исходящий от Солнца. Таким образом, стратосфера защищает поверхность планеты от радиации.
  3. Мезосфера. Слой находится на расстоянии от 50 до 85 км над поверхностью Земли. Его средняя температура равна -90 градусов Цельсия.
  4. Термосфера. Четвертый слой атмосферы, который находится на высоте от 85 до 800 км. Он характеризуется высокими температурами: в некоторых местах этот параметр доходит до +1500 градусов Цельсия.
  5. Экзосфера. Верхний слой атмосферы планеты, который начинается на высоте в 800 км над поверхностью. Он содержит наименьшее количество кислорода, и примерно на высоте в 10 тысяч км постепенно переходит в космическое пространство, где не действует сила притяжения Земли.

Чем выше находится слой над поверхностью планеты, тем меньшее количество веществ в нем содержится.

За пределами экзосферы начинается космическое пространство, которое близко к вакууму. В нем присутствуют лишь атомы водорода, но их концентрация настолько мала, что вероятность их столкновения друг с другом стремится к нулю.

Суша

Фото суши из космоса (штат Аризона)
Фото суши из космоса (штат Аризона)

Поверхность планеты состоит из суши и Мирового океана. И хоть земляная область по площади меньше, чем водная, она имеет неоднородную структуру и массу особенностей. Суша состоит из гор, равнин, лесов, пустынь и других территорий, имеющих уникальный ландшафт.

Главная отличительная особенность поверхности Земли от других планет заключается в том, что на ней практически полностью отсутствуют кратеры. Но это не означает, что их никогда не было в большом количестве. Известно, что до образования атмосферы на ней присутствовали многочисленные кратеры, поскольку небесные тела не сгорали в момент сближения. Но постепенно эти неровности на поверхности исчезли.

Кратер Бэрринджера в Аризоне
Кратер Бэрринджера в Аризоне

Ученые установили две основные причины, почему кратеры постепенно “стерлись” с Земли: эрозия и выветривание. Оба явления протекают очень медленно, и их влияние может быть заметно лишь через долгое время.

Под эрозией подразумевается процесс, в ходе которого частицы воды, почвы и ветер воздействуют на поверхность. Они медленно убирают неровности, делая участок суши ровным. Выветривание – процесс разрушения поверхности на мелкие куски, например, когда русло реки постепенно стирается из-за содержащихся в воде твердых веществ. Два этих процесса являются основными факторами, почему со временем кратеры на Земле полностью исчезли. А образование новых стало невозможным, поскольку с появлением атмосферы метеориты начали сгорать при сближении с поверхностью.

Также у палеонтологов есть теория, каким образом на Земле появилась суша. Благодаря вулканической деятельности, из разломов выделялась магма, которая постепенно остывала, становилась твердой. Иногда она формировалась в целые острова, возвышающиеся над океаном.

Движение тектонических плит в свое время тоже повлияло на формирование суши. Из-за их наложения образовывались горы и участки земли, возвышающиеся над водой.

Океаны Земли

Мировой океан составляет примерно 70 % от всей поверхности Земли. Даже при наблюдении из космоса за планетой невооруженным взглядом видно, что большая площадь небесного тела – синего цвета. Наличие воды в жидком виде является уникальной отличительной особенностью Земли от остальных объектов Солнечной системы.

Фото Тихого океана с космоса
Фото Тихого океана с космоса

Мировой океан на планете образовался примерно 3,8 млрд лет назад, благодаря чему стало возможно появление жизни. Ведь первые существа появились именно в воде, после чего в процессе эволюции перебрались на сушу.

Существует две версии, как образовался Мировой океан. Когда Земля формировалась, она поглотила большое количество водяного пара, имеющегося в космосе. Долгое время он находился под поверхностью, но когда началась геологическая активность, вырвался наружу. Попав в атмосферу, пар сконденсировался и осел на Земле в виде воды. Вторая версия заключается в том, что в прошлом на планету падали метеориты, практически полностью состоящие из льда. Последний постепенно растаял и образовал водоемы.

Как появилась жизнь на Земле

На Земле обитает большое количество организмов, которые могут существовать в определенных условиях. Одни заселяют сушу, а другие приспособлены исключительно к водной среде. Ученые непрерывно бьются над загадкой, как именно появилась жизнь на планете, и пока не могут прийти к единому выводу.

Одноклеточные организмы первыми появились на Земле
Одноклеточные организмы первыми появились на Земле

Основная теория основана на взаимодействии газов и химических реакциях. Логично, что первые формы жизни зародились в тот период, когда на Земле уже существовала атмосфера и магнитное поле. Предполагается, что электромагнитные бури запустили реакции в газах, которые находились над поверхностью планеты. В результате образовались частицы аминокислот, которые осели в океане. Оказавшись в водной среде, они продолжили эволюционировать и превратились в одноклеточные живые организмы.

Появившиеся одноклеточные питались углекислым газом и после его переработки выделяли в пространство кислород. Последний попадал в атмосферу и накапливался в ней, меняя ее свойства. Это дало возможность для появления более сложных форм жизни.

Характеристики планеты

Изображение Земли и ее спутника - Луны
Изображение Земли и ее спутника – Луны

Земля обладает следующими характеристиками:

  • масса планеты равна 5972*10^21 кг;
  • радиус в экваторе – 6371 км;
  • ось Земли наклонена на 23,5 градусов;
  • плотность равна 5,52 г/см3;
  • температура на поверхности меняется в диапазоне от -85 до +70 градусов Цельсия;
  • сутки на Земле длятся 23 ч 56 мин 4 с;
  • в течение года планета находится в среднем в 149,6 млн км от Солнца;
  • скорость перемещения по орбите равна 29,8 км/с;
  • год на Земле длится 365,25 суток;
  • эксцентриситет равен 0,017;
  • ускорение свободного падения над поверхностью равно 9,8 м/с2;
  • единственным спутником Земли является Луна.

Орбита и вращение

Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, и на полный оборот у нее уходит 23 ч 56 мин 4 с. На один градус планета поворачивается за 4 мин 15 с. Причем в зависимости от времени года, скорость вращения небесного тела отличается: в апреле и ноябре продолжительность суток увеличивается на 0,001 с.

Вращение Земли вокруг Солнца
Вращение Земли вокруг Солнца

Вокруг Солнца планета движется по эллиптической орбите, находясь на среднем расстоянии в 150 млн км. При этом, скорость перемещения равна 29,8 км/с. На то, чтобы совершить полный оборот вокруг звезды, Земле требуется 365,25 дней. Помимо этого, небесное тело вместе с Солнечной системой также движется относительно центра галактики Млечный Путь со скоростью 20 км/с.

Поскольку ось Земли имеет наклон, в зависимости от времени года, Солнце находится над горизонтом на разной высоте, что напрямую влияет на длительность ночи. Например, летом звезда располагается выше, из-за чего темное время суток значительно меньше, чем зимой.

Почему Земля так называется

Люди называют третью планету от Солнца “Землей” уже долгое время. На каждом языке обозначение небесного тела звучит по-разному, тем не менее, оно остается неизменным на протяжении тысяч лет. Но откуда появилось это название?

Римская богиня Гея
Римская богиня Гея

Большинство планет Солнечной системы получили имена, имеющие отношение к божествам определенных культур. И Земля не является исключением. В мифологии многих народов прошлого существовало божество, характеризующее собой плодородие почвы. Скандинавские народы поклонялись богине Ёрд, римляне почитали Теллус (Терру), а греки – Гею.

Именно от них появились различные варианты названия планеты, которые используются разными народами до сих пор. Например, имя богини Ёрд послужило основой для появления английского “Earth” – именно так называют третью планету от Солнца народы, говорящие на этом языке. В астрологии небесное тело именуют Terra. Причиной для появления имени послужила римская богиня Теллус.

На русском языке планета называется “Земля”. Основой для такого имени послужило слово “Зем”, которое обозначает почву. На большинстве языков название небесного тела имеет такое же значение, но произносится по-разному.

Спутник Земли – Луна

Луна является единственным спутником Земли, который по размерам составляет примерно 25% от планеты. Из-за того, что между телами имеется гравитационное притяжение, в Мировом океане происходят приливы и отливы.

Луна - единственный спутник Земли
Луна – единственный спутник Земли

Считается, что Луна появилась в результате столкновения Земли с протопланетой Тейей. Последняя вскользь задела небесное тело, из-за чего на определенное расстояние от него отлетели осколки. Постепенно они сформировались в Луну.

Орбита Луны
Орбита Луны

На данный момент спутник отдален от Земли на 384 400 км, и с каждым годом это расстояние увеличивается на 38 мм. Из-за этого на планете время суток становится дольше, а длительность года сокращается. В рамках небольшого отрезка это малозаметно, но если проанализировать ситуацию с прогнозом на далекое будущее, картина существенно изменится. Например, 410 млн лет назад год длился примерно 400 дней, а средняя продолжительность каждого из них составляла 21 ч 48 мин.

Луна играет важную роль для Земли в плане сохранения стабильного климата. Спутник не дает изменяться наклону оси планеты. В противном случае, один полюс небесного тела был бы направлен прямо на Солнце, а второй находился на противоположной стороне. И по мере движения Земли вокруг звезды, они бы менялись местами. Таким образом, на каждом из полюсов друг друга сменяли бы жаркое лето и суровая зима. Ученые провели анализ, в ходе которого установили, что при таких условиях существование крупных животных и высоких растений на планете стало бы невозможным.

Наблюдение из космоса

Фото Земли с Эксплорера-6, 1959-й год
Фото Земли с Эксплорера-6, 1959-й год

Впервые возможность посмотреть на планету из космоса у человечества появилась в 1959-ом году. Американский спутник Эксплорер-6 вышел на орбиту планеты и сделал снимок. А спустя два года Юрий Гагарин стал первым человеком, отправившимся в космос и лично увидевшим Землю.

Снимок “The Blue Marble”
Снимок “The Blue Marble”

В 1968-ом году космический корабль Аполлон-8 доставил экипаж на лунную орбиту, откуда астронавты смогли наблюдать восход планеты из-за спутника. Спустя четыре года Аполлон-17 сфотографировал Землю. Снимок набрал большую популярность и получил название “The Blue Marble” (Голубой мрамор).

Фото Земли на расстоянии в 6 млрд км
Фото Земли на расстоянии в 6 млрд км

В современном мире наблюдение за Землей ведется благодаря большому количеству спутников и космических аппаратов, находящихся в космосе. Члены экипажа МКС имеют возможность ежедневно лицезреть Землю из космоса. Также некоторые космические аппараты фотографируют ее, находясь при этом на орбитах других планет или прокладывая путь в сторону от Солнечной системы. Это позволяет увидеть Землю с разных расстояний.

Потенциально опасные объекты

Пример внешнего вида сближающейся кометы
Пример внешнего вида сближающейся кометы

Несмотря на то, что большинство небесных тел при вхождении в атмосферу Земли сгорают, есть вероятность того, что некоторые метеориты все-таки столкнутся с поверхностью. Доказано, что если на планету упадет астероид, размеры которого составляют несколько тысяч километров, этого будет достаточно, чтобы практически вся жизнь на ней исчезла.

Потенциально опасными объектами для Земли считаются астероиды размером более 150 м в диаметре, которые проходят от нее на расстоянии ближе, чем 195 млн км (1,3 астрономических единицы). Их относят к классу “сближающихся”. Это означает, что в теории они могут когда-нибудь войти в атмосферу планеты. Если же габариты астероида не превышают 150 м, то с большой вероятностью он сгорит в атмосфере.

Что ждет Землю в будущем?

Дальнейшая судьба Земли напрямую зависит от Солнца. Звезда накапливает внутри гелий, из-за которого её яркость постепенно увеличивается. Например, через 1 млрд лет она будет светить на 10% ярче. Из-за этого на Землю попадет слишком много солнечного ветра, и озоновый слой уже не сможет защитить от него. Температура над поверхностью начнет возрастать. Не исключено, что из-за этого Мировой океан испарится. Количество углерода на планете уменьшится, что приведет к вымиранию растений, которые полностью исчезнут еще через 500-900 млн лет. Как итог, сократится количество кислорода в атмосфере, что сделает невозможным существование большинства живых организмов. Комфортно ощущать себя будут лишь существа, которым не требуется много кислорода, при этом они способны выживать при +70 градусах Цельсия.

Пример того, как будет выглядеть Солнце с Земли, когда станет красным гигантом
Пример того, как будет выглядеть Солнце с Земли, когда станет красным гигантом

Через 3,5 млрд лет яркость Солнца возрастет на 40%. К тому времени поверхность Земли уже будет раскаленной, вода полностью испарится, существование жизни в принципе будет невозможным.

Спустя 7 млрд лет Солнце израсходует запасы водорода и превратится в красного гиганта. Из-за этого радиус звезды увеличится, и его габариты станут больше орбиты Земли. Правда планета к тому моменту может отдалиться от Солнца на большее расстояние, т.к. ослабнет сила притяжения. Температура на поверхности Земли будет примерно +1370 градусов Цельсия.

Источник: kipmu.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.