Строение Земли. Концепция литосферных плит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оренбургский филиал

Образовательного учреждения профсоюзов

высшего профессионального образования

«Академия труда и социальных отношений»

Контрольная работа

по дисциплине Концепции современного естествознания

на тему Строение Земли. Концепция литосферных плит

студента-заочника

Петровой Натальи Александровны

Преподаватель Сеитов М.С

г. Оренбург 2012

Содержание

Введение

1. Строение Земли

2. Эволюция Земли. Атмосфера и гидросфера Земли

3. Концепция литосферных плит

Приложение

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией её происхождения. Известно, что наша планета образовалась около 4,7 млрд. лет назад. В процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенно увеличивалась её масса. Росли силы тяготения, а, следовательно, и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля всё сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причём выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения и падало обратно. Чем крупнее были падавшие тела, тем сильнее они нагревали Землю.

В условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы: ядро, мантия, земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера. В составе Земли преобладает железо (34,6%), кислород (29,5%), кремний (15,2%), магний (12,7%). От поверхности Земли к центру возрастают давление, плотность и температура. Давление в центре планеты 3,6*1011 Па, плотность около 12,5 * 103 кг/м3.. Основные типы земной коры материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения.

Так как основная масса поставлялась планете телами размером в несколько сот километров, то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучиться в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура на глубинах 100-1000 км могла приблизиться к точке плавления.

В данной контрольной работе будут рассмотрены вопросы об эволюции Земли, какие изменения произошли на нашей планете, и как это повлияло на структуру Земли.

земля ядро магнитный атмосфера

1. Строение Земли

Не просто "заглянуть" в недра Земли. Даже самые глубокие скважины на суше едва преодолевают десяти километровый рубеж, а под водой удаётся, пройдя осадочный чехол, проникнуть в базальтовый фундамент не более чем на 1,5 км. Однако нашёлся другой способ. Как в медицине рентгеновские лучи позволяют увидеть внутренние органы человека, так при исследовании недр планеты на помощь приходят сейсмические волны. Скорость сейсмических волн зависит от плотности и упругих свойств горных пород, через которые они проходят. Более того, они отражаются от границ между пластами пород разного типа и преломляются на этих границах.

По записям колебаний земной поверхности при землетрясениях сейсмограммам было установлено, что недра Земли состоят из трёх основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра. Кора отделяется от оболочки отчётливой границей, на которой скачкообразно возрастают скорости сейсмических волн, что вызвано резким повышением плотности вещества. Эта граница носит название раздел Мохоровича по фамилии сербского сейсмолога, открывшего её в 1909 г. Толщина коры непостоянна, она изменяется от нескольких километров в океанических областях до нескольких десятков километров в горных районах материков. В самых грубых моделях Земли кору представляют в виде однородного слоя толщиной порядка 35 км. Ниже, до глубины примерно 2900 км расположена мантия.

Ещё в XIX столетии стало ясно, что у Земли должно быть плотное ядро. Действительно, плотность наружных пород земной коры составляет около 2800 кг/м3 для гранитов и примерно 3000 кг/м3 для базальтов, а средняя плотность нашей планеты - 5500 кг/м3. В то же время существуют железные метеориты со средней плотностью 7850 кг/м3 и возможна ещё более значительная концентрация железа. Это послужило основанием для гипотезы о железном ядре Земли. А в начале XX в. были получены первые сейсмологические свидетельства его существования.

Граница между ядром и мантией наиболее отчётливая. Она сильно отражает продольные (Р) и поперечные (S) сейсмические волны и преломляет Р-волны. Ниже этой границы скорость Р-волны резко падает, а плотность вещества возрастает: от 5600 кг/м3 до 10000 кг/м3. S-волны ядро не пропускает. Это означает, что вещество там находится в жидком состоянии.

Есть и другие свидетельства в пользу гипотезы о жидком железном ядре планеты. Так, открытое в 1905г. изменение магнитного поля Земли в пространстве и по интенсивности привело к заключению, что оно зарождается в глубинах планеты. Там сравнительно быстрые движения могут происходить, не вызывая катастрофических последствий. Наиболее вероятный источник такого поля - жидкое железо ядра, где возникают движения, действующие по механизму самовозбуждающегося динамо. В нём должны существовать токовые петли, грубо напоминающие витки провода в электромагните, которые и генерируют различные составляющие геомагнитного поля.

Граница наружной зоны Земли расположена на глубине порядка 70 км. Литосфера включает в себя как земную кору, так и часть верхней мантии. Этот жёсткий слой объединяется в единое целое его механическими свойствами. Литосфера расколота примерно на десять больших плит, на границах которых случается подавляющее число землетрясений.

Под литосферой на глубинах от 70 до 250 км существует слой повышенной текучести, так называемая астеносфера Земли. Жёсткие литосферные плиты плавают в "астеносферном океане".

В астеносфере температура мантийного вещества приближается к температуре его плавления. Чем глубже, тем выше давление и температура. В ядре Земли давление превышает 3600 кбар, а температура - 6000 С 0.

Земля - это третья от Солнца планета Солнечной системы. Она обращается вокруг звезды по эллиптической орбите со средней скоростью 29,765 км/с на среднем расстоянии 149,6 млн. км за период равный 365,24 суток. Земля имеет спутник - Луну, обращающуюся вокруг Солнца на среднем расстоянии 384 400 км. Наклон земной оси к плоскости эклиптике составляет 66033`22``. Период вращения планеты вокруг своей оси 23 ч 56 мин 4,1 сек. Вращение вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи, а наклон оси и обращение вокруг Солнца - смену времен года.

Форма Земли - геоид, приближенно - трехосный эллипсоид, сфероид. Средний радиус Земли составляет 6371,032 км, экваториальный -- 6378,16 км, полярный -- 6356,777 км. Площадь поверхности земного шара 510 млн. км2, объем -- 1,083*1012 км2, средняя плотность 5518 кг/м3. Масса Земли составляет 5976*1021 кг. Земля обладает магнитным и тесно связанным с ним электрическим полями. Гравитационное поле Земли обуславливает её сферическую форму и существование атмосферы.

По-видимому, первые возникшие расплавы представляли собой смесь жидкого железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могла начаться ещё на стадии её формирования. Но определённая часть более тяжёлого вещества все, же успевала опуститься под перемешиваемый слой. В свою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию и сопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формирования различных зон в Земле. Предположительно ядро сформировалось за несколько сот миллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелем железоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, начал кристаллизоваться - так зародилось твёрдое внутреннее ядро. К настоящему времени оно составляет 1,7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядре сосредоточено около 30% земной массы.

2. Эволюция Земли. Атмосфера и гидросфера Земли

Литосфера сразу после своего образования имела небольшую толщину и была очень не устойчивой. Она снова поглощалась мантией, разрушалась в эпоху великой бомбардировки (от 4,2 до 3,9 млрд. лет назад), когда Земля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленных метеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритной бомбардировки - многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейся магмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействие атмосферы и гидросферы практически стёрли следы этого периода.

Около 3,8 млрд. лет назад сложилась первая лёгкая гранитная кора. В то время планета уже имела воздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленно поставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла в основном из углекислого газа, азота и водяных паров, кислорода в ней было мало, но он вырабатывался в результате, фотохимической диссоциации воды и фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких как сине-зелёные водоросли.

Давление и плотность в атмосфере убывают с высотой. На высоте 95 км. плотность воздуха в миллион раз ниже, чем у поверхности, и химический состав атмосферы уже иной. Растёт доля лёгких газов, и преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу. Выше 1000 км. находятся радиационные пояса. Их тоже можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты. Масса гидросферы примерно 1,46*10 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн. тонн углекислого газа, а растворённого кислорода - 8 трлн. тонн.

Большая часть Земли занята Мировым океаном - 361,1 млн. км2 (70,8%), суша составляет 149,1 млн. км2 (29,2%), и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем Мирового океана в среднем на 875 м (наибольшая высота 8848 м - гора Джомолунгма), горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают примерно 20% поверхности суши, леса - около 30%, ледники - свыше 10%. Средняя глубина Мирового океана около 3800 м (наибольшая глубина 11020 м - Марианский желоб (впадина) в Тихом океане). Объем воды на планете составляет 1370 млн. км3, соленость 35 г/л.

Атмосфера Земли, общая масса которой 5,15*1015 кг, состоит из воздуха - смеси в основном азота (78,08%) и кислорода (20,95%), 0,94% инертных газов, 0,03% углекислого газа и в незначительных количествах другие газы. Максимальная температура поверхности суши 570-580C (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), минимальная - около -900C (в центральных районах Антарктиды).

Основная часть тепла поступает в океаническую кору через литосферную плиту из мантии. Вещество мантии постоянно находится в движении. Неравенство температур различных слоёв в ней приводит к активному перемешиванию вещества: более холодное и, соответственно, более плотное тонет, более горячее всплывает. Это так называемая тепловая конвекция. Тепловая энергия земных недр выделяется с поверхности планеты в виде теплового потока, который измеряется количеством тепла, выделяемого с единицы площади за единицу времени. Измерить тепловой поток Земли с достаточной точностью удалось только во второй половине XX века.

Континентальную земную кору можно представить в виде 15 километрового слоя гранита, лежащего на слое базальта такой же толщины. Концентрация радиоактивных изотопов (калий, уран, торий), служащих источниками тепла, в гранитах и базальтах хорошо изучена. Океаническая кора значительно тоньше континентальной, и основу её составляет 5-6 километровый базальтовый слой.

3. Концепция литосферных плит

600 млн. лет назад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверх материк Пангея появился значительно позже. Он существовал 200-300 млн. лет назад, а затем распался на части, которые и сформировали нынешние материки. Ещё в 1912 г. немецкий исследователь Альфред Вегенер выдвинул гипотезу дрейфа континентов. На эту идею его натолкнули поразительное соответствие очертаний береговых линий материков Африки и Южной Америки, а также явные следы глобального изменения климата в прошлом во многих регионах мира. Но гипотеза поначалу была отвергнута научным сообществом, так как не указывала причин дрейфа. В 1930 г. английский геолог Артур Холмс предложил объяснить движение континентов тепловой конвекцией. В 1950г., когда широко проводились исследования дна океана, гипотеза о крупных горизонтальных перемещениях в литосфере получила новые подтверждение. Значительную роль в этом сыграло изучение магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно.

Площадь поверхности Земли (как и ее, объём) практически не изменилась за время её существования. Поэтому если новые участки поверхности наращиваются вдоль хребтов, то где-нибудь они должны и уничтожаться. Вероятнее всего, это происходит в глубоководных океанских желобах. Эти так называемые зоны субдукции (поглощения) расположены вдоль вулканических дуг, протянувшихся в Тихом океане от Аляски вдоль Алеутских островов к Японии, Марианским островам и Филиппинам вплоть до Новой Зеландии и вдоль берегов Америки. Когда в этих зонах земная кора опускается до глубины 100 - 150 км, часть вещества плавится, образуя магму, которая затем в виде лавы прорывается наверх и извергается в вулканах.

Таким образом, земная кора создаётся в рифтовых зонах океанов, как ленточный конвейер, движется со средней скоростью 5 см в год, постепенно остывая. Ещё в начале XX в. было установлено, что намагниченность современных лав соответствует нынешнему магнитному полю Земли, а у древних лав она часто ориентирована под большими углами или вообще противоположна направлению современного поля. В базальтовых лавах много железа, и они, затвердевая по мере охлаждения, намагничивались в соответствии с существовавшим в тот период геомагнитным полем.

Магнитная съёмка тихоокеанского дна в 1955 г. обнаружила простирающиеся почти параллельно с севера на юг "полосы" с магнитными полями аномальной напряжённости. А в 1963 г. были открыты полосовые магнитные аномалии, вытянутые параллельно хребту Карлсберг в Индийском океане. К этому времени стала довольно известной гипотеза, выдвинутая в 1960г. профессором Принстонского университета Гарри Хессом и названная позже "гипотезой спрединга", или расширения морского дна. По ней, горячая полурасплавленная мантийная масса поднимается под срединно-океаническими хребтами, распространяется в стороны от них в виде мощных потоков, которые разрывают и расталкивают плиты литосферы в разные стороны. Мантийное вещество заполняет образовавшиеся с обеих сторон от хребтов трещины - рифты. Гипотеза спрединга может хорошо объяснить магнитные аномалии морского дна. Если расплавленная порода, изливающаяся в срединно-океанических хребтах, затвердевает с обеих сторон от них, а затем расползается в противоположных направлениях, то она будет создавать полосы, намагниченные согласно с ориентацией магнитного поля в период их застывания. Когда поверхность меняется, вновь образовавшееся морское дно намагничивается в противоположном направлении. Чередование полос даёт подробную картину формирования морского дна по обеим сторонам от активного хребта, причём одна сторона является зеркальным отражением другой.

Первые же магнитные карты тихоокеанского дна у берегов Северной Америки, в районе хребта Хуан-де-Фука, показали наличие зеркальной симметрии. Ещё более симметричная картина обнаружена с обеих сторон центрального хребта в Атлантическом океане.

Приложение 1

Внутреннее строение Земли.

Заключение

Образование Земли и начальный этап ее развития относятся к до геологической истории. Абсолютный возраст наиболее древних горных пород составляет свыше 3,5 млрд. лет. Установлено, что геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий примерно 5/6 всего геологического летоисчисления, около 3 млрд. лет, и фанерозой, охватывающей последние 570 млн. лет. Около 3-3,5 млрд. лет назад в результате закономерной эволюции материи на Земле возникла жизнь, началось развитие биосферы. Совокупность всех населяющих ее живых организмов, так называемое живое вещество Земли, оказала значительное влияние на развитие атмосферы, гидросферы и осадочной оболочки. Новый фактор, оказывающий мощное влияние на биосферу - производственная деятельность человека, который появился на Земле менее 3 млн. лет назад.

Используя концепцию дрейфа материков, известную сегодня как "новая глобальная тектоника", можно восстановить взаимное расположение континентов в далёком прошлом. Оказывается, 200 млн. лет назад она составляли единый материк. Высокий темп роста населения Земли (275 млн. чел в 1000 году, 1,6 млрд. чел в 1900 году и примерно 6,3 млрд. чел. в 1995 году) и усиление влияния человеческого общества на природную среду выдвинули проблемы рационального использования всех природных ресурсов и охраны природы.

Что ждёт Землю в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределённости, абстрагируя как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причём не, всегда в лучшую сторону.

В конце концов, недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит, и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрёт неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая её судьба будет определяться среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замёрзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее к этому и приведёт возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив равную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже не возможна, по крайней мере, в нашем современном представлении о ней.

Список используемой литературы

1. Бондарев, В.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. - М.: "ЛОГОС", 2003.

2. Горелов, А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. М.: ЮНИТИ, 2004.

3. Данилов, В.С. Основные концепции современного естествознания: Учебное пособие/ В.С. Данилов, Н.Н. Кожевников. - М.: Аспект Пресс, 2001.

4. Карпенков, С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник. - М.: Высшая школа, 2000.

5. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Владос, 1999.

Размещено на Allbest.ru