Слои твердой 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.

Слои твердой 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.

Слои твердой 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

Земля, так же, как и многие другие планеты, имеет слоистое внутреннее строение. Наша планета состоит из трех основных слоев. Внутренний слой – это ядро, наружный – земная кора, а между ними размещена мантия.

Ядро представляет собой центральную часть Земли и расположено на глубине 3000-6000 км. Радиус ядра составляет 3500 км. По мнению ученых, ядро состоит из двух частей: внешней – вероятно, жидкой, и внутренней — твердой. Температура ядра составляет около 5000 градусов. Современные представления о ядре нашей планеты получены в ходе длительных исследований и анализа полученных данных. Так, доказано, что в ядре планеты содержание железа достигает 35%, что обусловливает его характерные сейсмические свойства. Внешняя часть ядра представлена вращающимися потоками никеля и железа, которые хорошо проводят электрический ток.vnutrennee_stroenie_zemliПроисхождение магнитного поля Земли связано именно с этой частью ядра, так как глобальное магнитное поле создается электрическими токами, протекающими в жидком веществе внешнего ядра. Из-за очень высокой температуры внешнее ядро оказывает значительное влияние на соприкасающиеся с ним участки мантии. В некоторых местах возникают громадные тепломассопотоки, направленные к поверхности Земли. Внутреннее ядро Земли твердое, также имеет высокую температуру. Ученые полагают, что такое состояние внутренней части ядра обеспечивается очень высоким давлением в центре Земли, достигающим 3 млн. атмосфер. При увеличении расстояния от поверхности Земли повышается сжатие веществ, при этом многие из которых переходят в металлическое состояние.

Промежуточный слой – мантия – покрывает ядро. Мантия занимает около 80% объема нашей планеты, это самая большая часть Земли. Мантия расположена кверху от ядра, но не достигает поверхности Земли, снаружи она соприкасается с земной корой. В основном, вещество мантии находится в твердом состоянии, кроме верхнего вязкого слоя толщиной примерно 80 км. Это астеносфера, в переводе с греческого языка означает «слабый шар». По мнению ученых, вещество мантии непрерывно движется. При увеличении расстояния от земной коры в сторону ядра происходит переход вещества мантии в более плотное состояние.

Снаружи мантию покрывает земная кора – внешняя прочная оболочка. Ее толщина варьирует от нескольких километров под океанами до нескольких десятков километров в горных массивах. На долю земной коры приходится всего 0,5% общей массы нашей планеты. В состав коры входят оксиды кремния, железа, алюминия, щелочных металлов. Континентальная земная кора делится на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора состоит из осадочного и базальтового слоев.

Литосферу Земли формирует земная кора вместе с верхним слоем мантии. Литосфера слагается из тектонических литосферных плит, которые как будто «скользят» по астеносфере со скоростью от 20 до 75 мм в год. Двигающиеся друг относительно друга литосферные плиты различны по величине, а кинематику передвижения определяет тектоника плит.

Видео презентация «Внутреннее строение Земли»:

Презентация «География как наука»

Похожие материалы:

 

Источник: geografya.ru

1. Недра Земли.

Задания по рис.1.

1) Подпиши среднее значение радиуса Земли (указан стрелкой): 6,350 км.

2) Измерь радиус круга на рис.1 и определи, во сколько раз он уменьшен относительно радиуса Земли.

3) С помощью циркуля обозначь на рисунке границы между тремя основными внутренними оболочками Земли.

4) В верхней части рисунка подпиши их названия.

5) Заполни таблицу, сделав необходимые расчеты, и укажи в нижней части рис.1 полученные данные для внутренних оболочек Земли.

Слои твердой земли

Показатели      Внутренние оболочки Земли
 ядро  мантия  земная кора
 Температура, градусах С  4300  700  20-30
 Удаленность границ от центра Земли, км  1300  1600  2900

Задания по рис.2.

1) Укажи границы земной коры.

2) Подпиши значения толщины ее частей (под материками, под океанами).

Слои твердой земли

Впиши пропущенные слова.

Литосфера = литосферные плиты + верхняя часть мантии



2. Строение литосферы.

Задания по рис.3.

1) Обозначь нижнюю границу литосферы.

2) Стрелками покажи направления движений литосферных плит (в областях А, Б, В).

3) Соотнеси (соедини линиями) обозначенные буквами области и процессы, происходящие на границах литосферных плит.

Слои твердой земли

А — Погружение одной плиты под другую.

Б — Столкновение континентальных плит.

В — Раздвижение литосферных плит.



3. Как изучают внутреннее строение Земли.

Дополни схему.

Слои твердой земли


Школа географа-следопыта.

Создай модель «твердой» Земли.

План работы.

1) Из пластилина сделай трафареты, которые помогут выделить ядро, мантию и земную кору. Предположим, что мы хотим сделать модель Земли, уменьшенную в 200 млн раз. Тогда радиус нашей модели будет равен 6371 км : 200 000 000 = 637 100 000 см : 200 000 000 = 3,2 см. Радиус ядра будет равен  3470 кс : 200 000 000 = 347 000 000 : 200 000 000 = 1,7 см. А радиус ядра с мантией будет равен (6371 — 41) км : 200 000 000 = 633 000 000 : 200 000 000 = 3,2 см.

2) Сделай с помощью трафаретов сначала ядро, а затем ядро с мантией.

Слои твердой земли

3) Покрой модель тончайшим слоем (меньше 1 мм) пластилина синего цвета (океана) и коричневого цвета (земной коры).

4) Стекой выложи дольку так, чтобы на модели было видно внутреннее строение Земли.

5) Прикрепи тонку палочку (например, бамбуковую) длиой 10-15 см так, чтобы получилась земная ось.

6) Сделай подставку и закрепи на ней модель Земли. Ось твоей модели должна быть наклонена под углом 66,5 градусов к подставке.


Источник: geodz.ru

Слои твердой земли

Внутренняя структура Земли [вместе с ее составом] является одним из первых предметов, которые учащиеся изучают в школе по географии / геологии. Это дает нам приблизительное представление о далеком прошлом Земли и о том, как жизнь, как мы знаем сегодня, появилась на этой планете.

Поскольку невозможно непосредственно наблюдать глубины планеты, наше текущее понимание этого вопроса полностью основано на топографических исследованиях поверхности и анализе вулканических выбросов и сейсмических волн.

Землю можно просто разделить на три слоя: кору, мантию и ядро, но другие слои также распознаются благодаря своим уникальным химическим свойствам и плотности. Ниже приведены важные слои земли, которые вы должны знать.

Земная кора

Слои твердой земли
Схема среза внутренней структуры земли | Изображение предоставлено USGS

Кора — это самый внешний слой земли, глубина которого колеблется от 5 до 70 км. Земная кора состоит из трех основных типов камней; магматические, осадочные и метаморфические наиболее распространенные из магматических (гранит и базальт).

Корка делится на два типа; океаническая кора и континентальная кора. Линия или граница, которая разделяет эти два, называется разрывом Конрада.

Океаническая кора

Океаническая кора простирается от 5 до 10 км ниже морского дна. Он в основном состоит из мафических пород (базальт) и часто упоминается как Сима (силикат магния). Плотность океанической коры составляет около 3 г / см3.

Океаническая кора непрерывно формируется в середине океанических хребтов в процессе, называемом распространением морского дна. Когда магма поднимается из разлома, она распространяется и постепенно остывает, превращаясь в новую океаническую кору. Возраст океанической коры можно определить по ее удаленности от срединно-океанических хребтов.

Этому процессу противостоит разрушение океанической коры в зонах субдукции. Зона субдукции — это место, где одна плита (как океаническая, так и континентальная) подчинена мантии вышележащей плитой.

Из-за этой «переработки» океанической коры они намного моложе континентальной коры. Самой древней сохранившейся океанической коре около 340 миллионов лет, в то время как континентальной коре в некоторых регионах столько же лет, сколько и самому возрасту Земли.

Континентальный разлом

Континентальная кора полностью состоит из скалистых пород, таких как гранит. Он толще (30-50 км), чем океаническая кора, но также менее плотен (2,7 г / см3). Как и океаническая кора, континентальная кора образована тектоникой плит, но гораздо менее разрушена.

Верхняя мантия

Прямо под земной корой лежит мантия, которая разделена на два основных слоя; верхняя и нижняя мантия. Мантия в целом составляет около 84% объема земли.

Расчетная глубина верхней мантии составляет около 640 км, а всей мантии (включая нижнюю мантию) — ок. Глубина 2900 км.

Граница, которая отделяет земную кору от верхней мантии, называется разрывом Мохоровича (для краткости Мохо), однако она не обнаружена на одинаковой глубине. Мохо был обнаружен хорватским сейсмологом Андрией Мохоровичем в 1909 году.

В этом слое расположены две механически разные области, а именно литосфера и астеносфера.
литосфера

Литосфера — это твердый и жесткий слой земли, который включает в себя кору и самый верхний участок верхней мантии. Литосфера бывает двух типов; континентальная литосфера (расширение континентальной коры) и океаническая литосфера.

Континентальная литосфера состоит в основном из фельсиковых пород (пород с высоким содержанием кремнезема). Океаническая литосфера, с другой стороны, почти полностью состоит из перидотита (ультрамафитовой породы с низким содержанием кремнезема) и более плотной, чем континентальная литосфера.

Астеносфера

Слои твердой земли
Астеносфера показана на границе субдукции

Под литосферой лежит гораздо более плотный и механически слабый слой астеносферы. Хотя этот слой обычно располагается где-то между глубинами 80 и 200 км, в некоторых регионах он может простираться на 700 км ниже поверхности Земли.

Давление и температура в астеносфере настолько высоки, что породы становятся полурасплавленными. Интересно, что астеносфера гораздо более пластична, чем нижняя мантия, где температура намного выше. Граница литосферы и астеносферы (LAB) — это то, что разделяет два слоя, а его глубина определяется очевидными изменениями химических и термических свойств горных пород.

И литосфера, и астеносфера связаны с тектоникой плит — геонаучной теорией, которая описывает движение литосферных блоков, известных как тектонические плиты.

Проще говоря, жесткая астеносфера «плавает» на вершине пластичной астеносферы, заставляя тектонические плиты двигаться. Геологические виды деятельности, такие как землетрясения и извержения вулканов, обычно связаны с тектоникой плит.

Переходная зона

Переходная зона представляет собой отчетливый слой в мантии Земли между глубинами 410 км и 660 км ниже поверхности. Здесь из-за высокой температуры и давления породы становятся более плотными и претерпевают структурные изменения (кристаллизация).

Исследования показали, что переходная зона мантии содержит столько же воды, сколько и океаны Земли. Однако вода существует там только в форме гидроксид-ионов. На глубинах 525-660 км гидроксид-ионы улавливаются минералами из оливина, такими как вадслиит и рингвудит.

Нижняя мантия

Между переходной зоной и ядром лежит нижняя мантия. Он простирается от 660 км до примерно 2900 км ниже поверхности Земли. Температура в нижней мантии колеблется от 1900 до 2630 К, в зависимости от глубины. Хотя эта область намного горячее и плотнее верхней мантии, она гораздо менее пластична.

Нижняя мантия в основном состоит из минералов, таких как кальциево-силикатный перовскит и ферропериклаз, оба происходят из рингвудита.

На основе сейсмической модели Предварительная эталонная Земля (PREM) нижняя мантия может быть разделена на три секции; самая верхняя нижняя мантия, средне-нижняя мантия и слой D ”.

Граница Ядро-Мантия

Граница ядро-мантия — это место, где богатая силикатами нижняя мантия взаимодействует с никель-железным внешним ядром. Он расположен примерно на 2890 км ниже земной поверхности и соответствует скачкам сейсмической скорости. Граница также известна как разрыв Гутенберга.

Ядро

Слои твердой земли
Внутренняя структура Земли

Ядро Земли — самая горячая и самая плотная часть нашей планеты. Считается, что он почти полностью состоит из Никла и Айрон. Ядро делится на два слоя; твердое внутреннее ядро и жидкое внешнее ядро, а граница, разделяющая эти две области, называется разрывом по Буллену.

Внешнее ядро

Внешнее ядро простирается от 2900 км до примерно 5150 км ниже поверхности Земли. Несмотря на то, что точную температуру ядра Земли практически невозможно измерить, по оценкам, она находится где-то между 3000 К и 4500 К вблизи ее верхних областей. Он может подняться до 8000 К вблизи своей границы с внутренним ядром.

Слои твердой земли
Иллюстрация динамо-механизма

Внешнее ядро, по-видимому, имеет очень низкую вязкость, что вызывает сильную конвекцию в этой области. Согласно теории динамо, жидкое никель-железное внешнее ядро ​​- то, что питает магнитное поле Земли. Средняя напряженность магнитного поля внешнего ядра (2,5 миллисела) примерно в 50 раз выше, чем у поверхности.

Внутреннее ядро

В отличие от жидкого внешнего ядра, внутреннее ядро ​​Земли является твердым и имеет общий радиус 1220 км. Его расчетная температура близка к 5700 К, аналогично температуре внешней поверхности Солнца. Хотя температуры во внутреннем ядре намного превышают температуру плавления железа, он остается твердым из-за сильного давления, оказываемого остальной частью земли.

Поскольку внутреннее ядро ​​соединено с жидким внешним ядром, оно может вращаться с несколько иной скоростью, чем остальные. Эта теория была подтверждена исследованием, проведенным в 2005 году.

Анализируя разрывы в сейсмических волнах, исследователи смогли сделать вывод, что внутреннее ядро ​​Земли фактически вращается быстрее, чем остальная часть Земли, примерно на 0,3–0,5 градуса в год, что в 50 000 раз превышает тектоническое движение плиты.

Внутреннее ядро ​​растет примерно на 1 мм / год. Поскольку тепло от внешнего ядра передается в мантию, это заставляет внутреннюю часть жидкой области замерзать или затвердевать, а внутреннее ядро ​​толкаться вверх.

Внутреннее Внутреннее Ядро

В 2015 году, изучая эхо землетрясений, исследователи получили ранее неизвестные сведения о внутреннем ядре Земли. Исследование предполагает, что есть внутренний слой во внутреннем ядре. Он дублирован как внутреннее внутреннее ядро. Этот слой отличается от внутреннего ядра так же, как внутреннее ядро отличается от внешнего ядра.

Источник: new-science.ru

Урок способствует формированию знаний о составе, строении и методах изучения атмосферы.

I. Начало урока. Мотивация к деятельности

Здравствуйте, ребята,
Начинаю урок я,
Ушки подставляем,
Новый раздел учить начинаем.

II. Воспроизведение ранее изученных знаний. Ознакомление с целью урока. Актуализация знаний

Учитель. Ребята! Мы закончили изучать раздел «Земля как планета Солнечной системы». Что вы можете рассказать о Вселенной и нашей Земле? Можете вы теперь представить наше место во Вселенной? Давайте вспомним основные выводы, которые мы сделали, изучая форму и размеры Земли, совершаемые ею движения, расстояние от Солнца, положение земной оси на предмет формирования природы на ней.

– Заполните таблицу, назвав причину следующих природных явлений на Земле. Слайд 2.

Сегодня приступаем к изучению третьего раздела «Геосферы Земли», т.е. к непосредственному изучению природы Земли.

– На какие части мы разделили природу на самых первых уроках? (тела, вещества, явления природы; природные компоненты)

Есть еще одна систематизация.

Сначала разберемся с самим термином – «геосферы Земли». Геосферы (от греч. гео – Земля, сфера – шар) – географические оболочки, из которых состоит планета Земля. Их несколько: литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера.

– Догадайтесь, из каких природных компонентов состоит каждая из оболочек.

Вывод.

Литосфера (от греч. lithos — камень) – это земная кора.

Атмосфера (от греч. atmos – пар) – воздушная оболочка Земли, окружающая ее и вращающаяся вместе с ней.

Гидросфера (от греч. hudor – вода) – водная оболочка Земли.

Биосфера – область обитания живых организмов, включающая верхнюю часть литосферы, нижнюю часть атмосферы и всю гидросферу.

– Назовите тела, вещества и явления каждой из геосфер.

– Назовите природные компоненты, составляющие геосферы. Какой природный компонент не назвали? (почва)

Литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера – это главные или базовые геосферы. Каждая из них в свою очередь состоит из других, так называемых внутренних оболочек. Постепенно мы с ними познакомимся.

– Куда, по-вашему, отнести почву? (в литосферу)

Педосфера (от лат. pedis – нога, стопа) – оболочка Земли, образуемая почвенным покровом, верхняя часть литосферы на суше.

– Покажите на слайде 3 места соприкосновения геосфер друг с другом.

– Приведите примеры проникновения одной оболочки в другую.

Вывод:комплексная оболочка Земли, где соприкасаются, взаимопроникают и взаимодействуют литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера, называется географической оболочкой. В своих границах она почти совпадает с биосферой. Именно географическая оболочка является предметом изучения географии.

– Как вы считаете, с какой оболочки надо изучать природу Земли? (с литосферы)

– Ребята, а хотите заглянуть внутрь Земли и узнать, что там? Тогда вперед!

III. Изучение нового материала. Постановка проблемы

Учитель. Посмотрите на физическую карту мира. Слайд 4.

– Покажите на ней известные вам горы, островные дуги.

– Не задумывались ли вы о том, почему именно в этих местах на Земле находятся горы, а мы живем на равнине? Или, почему моря Тихого океана очень глубокие?

Ответ на этот вопрос как раз и дают знания о внутреннем строении Земли.

Проблема эта волнует учёных очень давно, но ответ на нее может быть только предположительным, потому что добраться до центральной зоны планеты значительно труднее, чем до границ Солнечной системы.

IV. Решение проблемы

Работа в группах

Изучите таблицу № 1 в справочно-информационном листе. Сделайте вывод о внутреннем строении Земли. Какие вопросы у вас возникли во время работы? Почему на слайде 5 изображены яблоко и персики?

Игра «Волшебная коробочка»

Угадайте предмет в коробочке, с которым также можно сравнить строение Земли. Он съедобный, среднего рода, про него написана русская народная сказка (яйцо).

Работа с учебником

Какие части §6 характеризуют оболочки Земли? (стр. 29, абзац 3; стр.30, абзацы 2,3)

– Что означает слово «мантия»? (греч. – «покрывало», «плащ»)

Что же мы будем называть литосферой? (земную кору и верхнюю часть мантии)

Просмотр видеоролика «Строение Земли».

Задание. Слайд 6

Что нового вы услышали из видеоролика о строении земной коры? (различают два типа земной коры – океаническую и континентальную, различающиеся толщиной под океанами, равнинами и горами)

Учитель. Итак,

Земля устроена хитро,
Сложней любой игрушки:
Внутри находится ядро,
Но не ядро от пушки.
Затем, представьте, мантия,
Но не такая мантия,
Что носят короли.
Затем литосфера, земная кора…
Выбрались мы на поверхность, ура!

Физкульминутка «Марийский танец с пингвинами».

Просмотр видеоролика «Литосфера и литосферные плиты»

Задание

Какова основная мысль просмотренного видеоролика? (литосфера состоит из литосферных плит)

Учитель. Согласно новейшим представлениям земная кора не является монолитным панцирем. Она разбита сложной сетью глубоких трещин (рифты), которые уходят на большую глубину, достигая мантии. Слайд 7.Эти трещины делят литосферу на гигантские блоки – литосферные плиты. Всего литосферных плит 13, основных 7.

– Назовите литосферные плиты на рис. 13, стр.31 учебника.

Слайд 8.Границы литосферных плит совпадают со срединно-океаническими хребтами.

– Отыщите границы литосферных плит на карте мира. Слайд 9.

Плиты могут состоять только из материковой или только из океанической земной коры, или с той и с другой.

– Определите по карте строение крупных плит (все они состоят как из материковой, так и из океанической земной коры, и лишь Тихоокеанская – полностью океаническая).

Слайд-шоу 10. Приглашаю в национальный парк Исландии Тингветлир, включенный в список UNESCO. Тингветлир впечатляет как уникальными геологическими структурами, так и своей исторической значимостью. Главной геологической особенностью Тингветлира являются гигантские рифты – разрывы земной коры, образующиеся на границе медленно расходящихся тектонических плит – Северо-Американской и Евразийской. Плиты расходятся со скоростью примерно 7 мм в год, так что за последние 10 тысяч лет долина расширилась на 70 метров и осела на 40.

На основе гипотезы дрейфа материков А.Вегенера была создана теория литосферных плит. Наша задача – сформулировать основные положения этой теории.Я буду называть факты, задавать вопросы, а вы – строить предположения.

Слайд 11. Итак, литосфера состоит из крупных литосферных плит, под которыми находится пластичная мантия. Ваше предположение? (литосферные плиты движутся по пластичному слою мантии со скоростью 1-6, а иногда 35 см в год).

А теперь внимание на слайд 12.

Какие знаки, кроме границ литосферных плит, вы видите на карте? (стрелки)

– Что, по-вашему, они означают? (литосферные плиты могут расходиться или сходиться)

Слайды 13-15. Какие же процессы будут происходить на границах литосферных плит при их расхождении? При столкновении океанической с материковой? При столкновении материковой с материковой? (при расхождении литосферных плит образуется земная кора океанического типа; при столкновении океанической с материковой первая уходит под вторую, образуются горы, островные дуги, глубоководные желоба; при столкновении материковой с материковой образуются планетарные пояса сжатия)

– На карте слайда 16 найдите подтверждении вышесказанного.

Слайд 17. Взгляните вновь на карту мира и объясните, к каким местам на Земле приурочены крупные горные системы Земли и почему моря Тихого океана глубокие?

Слайд 18. Два мощных планетарных пояса сжатия, сейсмические пояса Земли (греч. – «колебание», «землетрясение»), районы землетрясений и вулканизма сегодня – Альпийско-Гималайский горный пояс и Тихоокеанское вулканическое кольцо.

– Можно предположить, что форма материков и океанов в будущем может быть совершенно отличной от современной? По карте слайда 19 сделайте прогноз будущего океанов Земли.

Наконец, в литосфере могут образоваться разломы разных размеров. Со временем они заполняются водой и образуются озера. Их легко отыскать на карте – они узкие, длинные и глубокие.

Слайд 20. Так, в тектонической впадине образовалось самое глубокое в мире озеро Байкал, причем разлом продолжает увеличиваться.

Слайд 21. Увеличивается разлом и на дне Красного моря.

Слайд 22. Люсе-Фьорд в Норвегии. Высота скалы 604 м.

Слайды 23-24. Наконец, удивительное место на Земле – Великие Африканские разломы – Дикое сердце Африки.

Недавно геологи Эфиопии обнаружили стремительное разделение африканского континента на две части. Свидетельством этому является глубокая трещина 600 километровой длины на северо-востоке Эфиопии.

Гипотезу о расколе Африки выдвигали ученые еще в 2005 году, когда обнаруженная трещина имела длину 50 километров и ширину 7 метров, но тогда никто не воспринял это всерьез.

В 2010 году учеными был проведен тщательный анализ, результатом которого стало подтверждение гипотезы о разделе континента. Ученые зафиксировали выброс магмы в толщу земной коры, именно этот процесс является характерным при образовании океанических хребтов.

По подсчетам геологов, приблизительно через 3-4 столетия Африка может стать двумя материками. Столь быстрый процесс разделения Африки до сих пор является шоком для многих ученых, обычно этот процесс происходит за более длительный период – около миллиона лет.

 После разделения Африки надвое, такие страны как Сомали, Мозамбик, Эритрея, Уганда, Кения и Эфиопия окажутся на отколовшемся восточном африканском континенте, а на месте разлома окажется океан.

Слайд 25. Озеро Малави. 560 км в длину и 80 км в ширину. Это одно из старейших озер на Земле, образовавшееся после возникновения Восточно-Африканского разлома. Глубина озера составляет до 700 метров, а всего в нем живет до 1000 видов различных рыб. Озеро Малави – это и колыбель человечества. На его берегах в 1991 году была найдена нижняя челюсть человекоподобного существа (австралопитека), которое жило здесь 2,4 миллиона лет назад.

Слайд-шоу 26.

V. Изучение вопроса о том, как и зачем изучают внутреннее строение Земли

– Просматривая первый видеоролик, вы услышали информацию о двух способах изучения земных глубин. Назовите их (сейсмический метод и бурение скважин).

Слайд 27.Сейсмический метод начал применять академик петербургской академии наук Борис Борисович Голицын (1862-1916). Метод основан на том факте, что при землетрясениях и мощных взрывах в земной коре и более глубоких слоях распространяются сейсмические волны. Скорость их распространения зависит от плотности пород, сквозь которые волны проходят. Наблюдения за скоростью волн позволяют изучить строение Земли.

Второй метод, прозвучавший в видеоролике – бурение скважин. Где же пробурили сверхглубокую скважину? (на Кольском п-ове в Мурманской области глубиной 12262 м)

Слайды 28-29. Непосредственно изучить глубины Земли можно при строительстве шахт, разработке карьеров.

– А где в нашей местности мы можем увидеть пласты горных пород? (по берегам рек, оврагов – геологические обнажения) Слайд-шоу 30.

Слайд-шоу 31.Учебником геологической истории ученые называют национальный парк «Гранд-Каньон» в Северной Америке. Здесь река Колорадо в течение миллионов лет прокладывало свое русло в различных слоях горных пород и образовало самое большое ущелье на Земле – каньон глубиной 1800 м.

Наконец, изучают Землю дистанционными методами с летательных аппаратов (аэро- и космические снимки). Наблюдения из космоса позволяют получить снимки океанического дна до глубин более 600 м.

Звучит песня о геологах.

Слайд 32. Изучением строения и развития Земли занимаются ученые-геологи. Это очень интересная профессия. Она требует знаний физики, химии, математики. Геологи – сильные, выносливые и мужественные люди. Им приходится лояльно относиться к недостатку бытовых удобств и различным затруднениям походной жизни, уметь быть терпимым к другим людям и уживаться с ними, так как в условиях экспедиций работа происходит в ограниченном коллективе.

Несмотря на достижения современной науки и техники, недра Земли остаются практически недоступными для человека и потому хранят много тайн. Может кому-то из вас суждено отгадать одну из них.

Слайд 33.Профессию геолога можно получить на геологическом факультете СГУ им.Н.Г.Чернышевского.

– Сделайте вывод о значении знаний о строении и составе Земли.

– Так ли важно, что Земля имеет именно такое устройство?

VI. Домашнее задание

Справочно-информационный лист, §6, создать модель Земли.

VII. Заключение. Рефлексия

– Что удивило вас на уроке?

– Можем ли мы как когда-то древние люди сказать, что надежнее Земли ничего нет? (нет)

До встречи!

Справочно-информационный лист

Геосферы (от греч.гео – Земля, сфера – шар) – географические оболочки, из которых состоит планета Земля.

Базовые геосферы Земли

Педосфера (от лат. pedis – нога, стопа) – оболочка Земли, образуемая почвенным покровом, верхняя часть литосферы на суше.

Географическая оболочка – комплексная оболочка Земли, где соприкасаются, взаимопроникают и взаимодействуют литосфера, атмосфера, гидросфера и биосфера.

Литосфера – земная кора и верхняя часть мантии (от греч.mantion – «покрывало»).

Типы земной коры

Сейсмические пояса Земли (от греч. seismos – землетрясение), районы землетрясений и вулканизма – Альпийско-Гималайский (Средиземноморско-Трансазиатский) горный пояс (15% землетрясений); Тихоокеанское вулканическое кольцо (80% землетрясений).

Теория литосферных плит

1. Литосфера состоит из крупных литосферных плит, границы которых совпадают со срединно-океаническими хребтами. Всего литосферных плит 13, основных 7.

2. Важной особенностью литосферных плит является то, что они горизонтально перемещаются со скоростью 1-6 см в год (скользят по размягченному, пластичному слою мантии).

3. При расхождении литосферных плит вещество мантии заполняет образовавшийся разлом и образуется земная кора океанического типа.

4. При столкновении:

а) океанической с материковой первая уходит под вторую и образуются горные хребты, островные дуги и глубоководные желоба;

б) материковой с материковой осадочные породы сминаются в складки и образуются планетарные пояса сжатия.

5. В земной коре образуются разломы, рифты.

Методы изучения земных глубин

  1. Сейсмический метод (сейсмографы – приборы, регистрирующие колебания земной поверхности).
  2. Бурение скважин (Кольский п-ов Мурманская область – 12262 м).
  3. Экспедиционные исследования геологических обнажений (шахты, карьеры, разрезы, фьорды, каньоны).
  4. Дистанционные методы – (аэро– и космические снимки Земли)

Геология (греч. geo– Земля, logos– учение)наука о составе, строении и закономерностях развития Земли.

Тектоника (греч. tektonike – строительное искусство)геотектоника – раздел геологии, изучающий структуру, движения, деформации и развитие какого-либо участка земной коры и верхней мантии Земли.

Геотермическая ступень

На каждые 33 м глубины температура возрастает на 1°С (до 1000 м).

Поверхность (граница) Мохоровичича (сокращенно Мохо) – нижняя граница земной коры, на которой происходит резкое увеличение скорости сейсмических волн.

Астеносфера (греч. asthenes – слабый и sphaira – шар) – одна из сфер Земли, разделяющая верхнюю и нижнюю часть мантии. Нижний ее предел лежит на глубинах 400 км, а верхний – под материками около 100, под океанами – 50 км. В связи с малой твердостью и вязкостью образующего ее вещества – это самая подвижная сфера земного шара с сосредоточением в ней расплавленных магм. Именно она вызывает все тектонические движения на планете.

Складкообразование – процесс сжатия горных пород при сближении литосферных плит.

Горст – поднятый по разломам участок земной коры.

Грабен – опущенный по разломам участок земной коры.

Сброс – смещение книзу блоков горных пород по вертикальной поверхности разрыва.

Взброс – смещение (надвиг) по разлому, связанное с поднятием одного блока земной коры относительно другого.

Источник: rosuchebnik.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

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