Внутреннее строение Земли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

По дисциплине: "Геология"

Тема: "Внутреннее строение Земли"

Основные границы раздела в Земле

Земной шар подразделяется на несколько концентрических сфер (оболочек), вложенных одна в другую - так называемых геосфер. Выделяются наружные и внутренние геосферы. Наружные геосферы это атмосфера, гидросфера, биосфера, криосфера (прерывистая ледяная оболочка) и литосфера. Внутренние геосферы: астеносфера (вязкопластическая высокотемпературная оболочка, в которую как бы втоплены корни литосферы), верхняя мантия, нижняя мантия, внешнее ядро, переходная оболочка и центральное ядро.

В настоящее время не существует возможности изучать внутреннее строение Земли прямыми методами (например, бурением скважин), да и литосфера изучена только с поверхности.

Рис.1 внутренние геосферы

Границы между внутренними оболочками (геосферами) выделяются по резким скачкообразным изменениям скоростей изменения упругих характеристик и плотности вещества (рис. 1).

Выделяют три главные области Земли (рисунок 2): земная кора (слой А), мантия Земли (слои B, C, D) и ядро Земли (слои E, F, G).[4.8c]

Сопоставляя все характеристики, ученые создали модель строения Земли, в которой выделяют три главные области (или геосферы):

1-Земная кора, 2-Мантия Земли, 3-Ядро Земли.

Каждая из них в свою очередь разделяется на зоны или слои. Рассмотрим их и основные параметры суммируем в таблице. [1.26c]

Земная кора(A):

1. Глубина залегания,

Земная кора - тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-50 км, под океанами --5-10 км и составляет всего около 1% массы Земли.

Эта геосфера составляет небольшую долю от всей массы Земли. Ее толщина (мощность) и состав непостоянны, и в соответствии с этим выделяют три типа земной коры. Кора континентального типа мощностью 30-60 км, максимум - до 70 км, состоит из магматических, метафорических и осадочных горных пород, образующих три слоя: верхний - осадочный (мощностью 10-15 км), средний - гранито-гнейсовый (1020 км) и нижний - базальтовый (до 40 км соответственно). Границей раздела между гранито-гнейсовым и базальтовым слоями является так называемая поверхность Конрада (названа в честь австрийского сейсмолога В. Конрада (1876-1962)). Слои называются в соответствии с названием преобладающих в их составе горных пород.[3.78c] геосфера земной концентрический

Кора океанического типа толщиной не более 5-10 км состоит также из трех слоев. Верхняя часть коры - тонкий прерывистый слой рыхлых осадочных пород до нескольких сот метров толщиной. Второй, базальтовый, слой образован в основном продуктами извержений подводных вулканов (1.5-2 км), а третий, нижний, слой - основными и ультраосновными породами мощностью 3-5 км.

Также выделяют такой тип коры как кора переходных областей. Он наблюдается там, где происходит смена континентальной коры на океаническую (например, область окраинных морей, архипелагов островов и островных дуг).

Различают две основные разновидности земной коры: кору материков и кору океанов. Они отличаются как по составу, так и по мощности. Мощность коры суши, занимающей площадь 149 млн. км 2, в среднем равна 37 км, а мощность коры океанов на площади 361 млн. км 2 равна в среднем всего 7 км.

Как на суше, так и под океанами поверхность земной коры покрыта осадками, состоящими из песчаников, глин и карбонатных пород. На материках их мощность больше, местами она достигает 20 км; на дне океанов мощность осадков невелика и колеблется от 0 до 3 км. Существенным отличием коры материков от коры океанов является то, что на материках имеется мощный (15--20 км) слой гранитов. Ниже гранитной оболочки, вероятно, находится слой базальтов примерно такой же мощности. Граница между гранитами и базальтами получила наименование поверхности Конрада. Под океанами кора состоит только из базальтов, мощность слоя которых в среднем составляет около 5 км.

2. Агрегатное состояние, плотность

Средняя плотность земной коры 2,8 г/см 3, подкорового слоя - 3,3 г/см 3, скорость прохождения продольных волн 6 и 8 км/сек соответственно. Кора делится не только на континентальную и океаническую, но и имеет большое число разновидностей. П.Н. Кропоткин выделяет 8 типов земной коры, отличающихся по мощности и по характерным для каждой из них аномалиям силы тяжести. Восемь элементов - кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий - образовывают 99,5% земной коры.[4.67c]

3. Типы земной коры

1. Континентальный тип - имеет мощность 35-40 км до 55-75 км в горных сооружениях, содержит в своем составе все три слоя. Базальтовый слой состоит из пород типа габбро и метаморфических пород амфиболитовой и гранулитовой фаций. Называется он так потому, что по физическим параметрам он близок базальтам. Гранитный слой по составу - это гнейсы и гранито-гнейсы.

2. Океанский тип - резко отличается от континентального мощностью (5-20 км, средняя 6-7 км) и отсутствием гранито-гнейсового слоя. В его строении участвуют два слоя: первый слой осадочный, маломощный (до 1 км), второй слой - базальтовый. Некоторые ученые выделяют третий слой, который является продолжением второго, т.е. имеет базальтовый состав, но сложен ультраосновными породами мантии, подвергшихся серпентинизации.

3. Субконтинентальный тип - включает все три слоя и этим близок к континентальному. Но отличается меньшей мощностью и составом гранитного слоя (меньше гнейсов и больше вулканических пород кислого состава). Этот тип встречается на границе континентов и океанов с интенсивным проявлением вулканизма.

4. Субокеанский тип - располагается в глубоких прогибах земной коры (внутриконтинентальные моря типа Черного и Средиземного). От океанского типа отличается большей мощностью осадочного слоя до 20-25 км.[2.123c]

Мантия (слои B/C/D):верхняя, нижняя мантия

Эта геосфера является самым крупным элементом Земли - занимает 83 % ее объема и составляет около 66 % ее массы, простирается на глубину приблизительно 2900 км от поверхности. Имеет достаточно сложное внутреннее строение, в составе которого выделяют несколько границ раздела. Сверху, от земной коры, ее отделяет поверхность Мохоровичича, открытая в 1909 г. югославским сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936) и названная в его честь (сокращенно ее называют границей Мохо или границей М); снизу она ограничивается поверхностью Вихерта- Гутенберга или просто границей Гутенберга (границей Г), открытой в 1914 году немецким сейсмологом Б. Гутенбергом (1889-1960). По значениям физических параметров мантия делится на верхнюю мантию (слой B, или слой Гутенберга, мощностью 400 км и слой C, до 800-1000 км) и нижнюю мантию (слой D до глубины 2900 км с переходным слоем D1 - от 2700 до 2900 км). Некоторые исследователи выделяют среднюю мантию (слой C, или слой Голицына, названный в честь российского сейсмолога Бориса Борисовича Голицына (1862-1916)).[4.18c]

Внутри слоя Гутенберга, на глубинах 70-150 км, наблюдается область со специфическими свойствами, где предположительно развиваются очаги плавления вещества мантии. Эту часть слоя Гутенберга также считают отдельной и называют астеносферой. Земная кора вместе с твердой частью слоя Гутенберга образует единый жесткий слой, лежащий на астеносфере, который называется литосферой, или каменной оболочкой Земли. По существу, литосфера является своеобразной геосферой, отделенной от остальной части мантии полужидким поясом астеносферы.

Состав вещества мантии представлен минералами, находящимися в различных модификациях в зависимости от температуры и давления на той или иной глубине, в основном силикатами, поэтому иногда мантию называют также силикатной оболочкой Земли.

Границы и слои внутри Земли носят названия в честь выдающихся сейсмологов, поскольку особенности глубинного строения Земли во многом были установлены именно с помощью сейсмических методов

Мантия с нижней границей на глубине 2920 км, распадающаяся на верхнюю (слой В с нижней границей на глубине 410 км), среднюю (слой С с глубинами залегания 410-1000 км) и нижнюю (слой D с глубинами 1000-2920 км, распадающийся на собственно нижнюю мантию D' с глубинами 1000-2700 км и переходный слой между мантией и ядром D" на глубинах 2700-2920 км). В слое В на глубинах около 100-300 км выделяется слой с пониженными жесткостью, скоростями се и cs и вязкостью, называемый астеносферой; вышележащая часть слоя В вместе с земной корой называется литосферой.

Глубина залегания

Объем мантии составляет 83% объема Земли, масса - 67% массы нашей планеты. Мантия делится на несколько геосфер, и прежде всего на верхнюю и нижнюю мантии. Между ними нет резкой границы, условно она проходит на глубине 900 км. Верхнюю мантию еще подразделяют на несколько сферических зон.

Агрегатное состояние, плотность

Плотность мантии увеличивается от 3,5 в верхних слоях до 5,5 г/см 3 на границе ядра. Температура вещества мантии соответственно увеличивается примерно от 500° до 3800°. Несмотря на высокую температуру, мантия находится в твердом состоянии. Граница между верхней и нижней мантией находится на глубине 900-1000 км от земной поверхности.[5.98c]

Под действием высокого давления мантия Земли, несмотря на высокую температуру, находится, вероятно, в кристаллическом состоянии, за исключением нижней части верхней мантии, где влияние температуры сказывается сильнее, чем действие давления. Эту область, находящуюся либо в расплавленном, либо в аморфном состоянии, называют астеносферой. Внешний слой твердой Земли, включающий земную кору и часть верхней мантии, носит название литосферы. Литосфера лежит на астеносфере и расколота примерно на 10 больших плит, по границам которых расположено подавляющее число очагов землетрясений. При появлении трещин в литосфере магма астеносферы изливается под действием высокого давления на поверхность Земли, сопровождая мощные извержения вулканов.

Химический состав

Верхняя мантия сложена ультраосновными породами. В основном это - гранатовые лерцолиты со средним составом: оливин - 64%, ортопироксен - 27%, клинопироксен - 3%, гранат - 6%. Рингвуд назвал эту породу пиролитом. Железистость, т.е. величина отношения FeO / (MgO + FeO), этих пород и минералов находится в пределах 0,07 - 0,12. Под континентами в мантийном пиролите отмечаются скопления эклогитов. С глубиной плотность вещества мантии увеличивается. На фоне плавного увеличения плотности имеются и скачки ее роста на глубинах 220, 400, 500, 670 и др. Плавный рост плотности обусловлен уменьшением межатомных расстояний в структурах минералов в связи с уменьшением размеров атомов в условиях большого литостатического давления, а так как анионы и катионы уменьшаются с разной скоростью, то на определенных глубинах скачком происходят фазовые структурные перестройки вещества минералов с исчезновением менее плотных структур и появлением более плотных. Например, на глубине 400 км исчезает оливин (Mg, Fe)2 SiO4, а из его атомов образуется вадслеит.

В химическом составе вещества верхней мантии содержатся (в вес.%) SiO2 - 45,16%, TiO2 - 0,22%, Al2O3 - 3,97%, MgO - 38,30%, FeO - 7,82%, CaO - 3,50%, Na2O - 0,33%, K2O - 0,03% и др. Видно, что анионом минералов мантии является кислород, а главными катионами - Si и Mg. Вещество мантии на 83,46% сложено силикатами магния, и на 99% - силикатами магния, железа, алюминия, кальция. На все остальные химические элементы приходится 1%. Поэтому главными петрогенными элементами мантии являются O, Si, Mg, второстепенными будут - Fe, Al, Ca, а все остальные элементы следует считать малыми элементами. Малые элементы мантии принято делить на совместимые и несовместимые. Совместимыми являются элементы, которые легко изоморфно замещают главные и второстепенные элементы в структурах минералов мантии. Например, Ni, Co хорошо совместимы с Mg и Fe, а Cr хорошо совместим с Al. Несовместимыми являются элементы, сильно отличающиеся по размеру, заряду, типу химической связи от главных и второстепенных элементов мантии и поэтому они не могут их изоморфно замещать в структурах минералов мантии. Например: K, Rb, Cs, Sn, W, Ta, Nb, Mo, P, Cu, Pb, As, Hg, Sb, Bi, B, C, S, U, Th и др.[3.48c]

Мантия расположена на глубинах от 20 (в среднем) до 2900 км Эта промежуточная оболочка занимает более 80% объема земного шара Она имеет несколько концентрических слоев, каждый из которых более или менее однороден: верхней (В), средний (С) и нижней (D) Верхняя мантия (20-400 км) состоит из дунит - силикатных пород, богатых магнием и железом Ниже дунит, возможно, переходит в уплотненную разновидность габбро. В средней мантии (400-1000 км) происходят самые физико-химические превращения минералов: нарушаются кристаллические решетки, сжимаются электронные оболочки, плотно утрамбовываются атомы. В нижней мантии (1000-2900 км) горные породы приобретают свойства металлов.

Верхняя мантия, или астеносфера, вместе с земной корой образуют тектоносферы Особенно большую роль в тектонических движениях играет астеносфера, вещество которой вследствие высоких температур (около 1200 ° С)) находится в размягченном состоянии Это подтверждается снижением скорости распространения сейсмических волн Астеносфера, имея пластические свойства и удерживая на себе твердые породы, неустойчива в механическом и физико-химическом отношениях и поэтому выступает источником зарождения восходящих и нисходящих движений вещества Установлено, что многие фокусов землетрясений расположены именно ту тут.

Считают, что мантия состоит из соединений оксидов кремния, магния и железа. В ней давление с глубиной возрастает, а плотность вещества изменяется от 3,3 г/см 3 в верхних слоях до 5,5 г/см 8 в нижних Несмотря на высокую температуру на границе ядра (около 3800 ° С), вещество в нижней мантии находится в твердом состоянии, потому что находится в условиях очень высокого давления.

Ядро(E,F,G): внешнее, переходная оболочка, субъядро

1. Ядро Земли. Центральная геосфера Земли, которая занимает около 17 % ее объема и составляет 34 % ее массы. Такое соотношение долей объема и массы обусловлено резкими различиями физических параметров ядра и мантии.

Ядро состоит из трех частей: внешнего ядра (слой E, от границы Гутенберга до границы на глубине 4980 км), переходной оболочки (слой F, в интервале глубин 49805120 км) и субъядра (слой G, глубже 5120 км). Граница раздела 5120 км называется также границей Леман, в честь открывшей ее датского сейсмолога Инге Леман (1888-1993).

G - ядро Земли

Сейсмологические данные свидетельствуют об очень важной, принципиальной особенности внутреннего строения Земли - ее концентрической зональности. Ядро радиусом около 3500 км (на глубине! от 2900 до 6371 км - центра Земли) окружено вышележащей геосферой - мантией толщиной около 2850 км. В свою очередь, мантия повсеместно перекрыта сравнительно тонким покровом земной коры, толщина которой местами составляет всего 5--7 км,

Детальное изучение скоростной характеристики позволило расчленить геосферы на ряд оболочек. Эти оболочки, по предложению австралийского сейсмолога К. Буллена, обозначены буквами латинского алфавита от А до G (сверху вниз). Таким образом, в составе планеты выделяется семь слоев.

1. Слой А - в подошве ограничен поверхностью Мохоровичича.

2. Слой В - заключен между поверхностью Мохоровичича и границей на глубине 390 км. По положению среди геосфер он называется верхней мантией или слоем Гутенберга - в честь известного американского геофизика Б. Гутенберга.

3. Слой С - расположен между поверхностями на глубинах 390 и 900 км; носит название слоя Голицына, или средней мантии.

4. Слой Д - охватывает остальную часть разреза мантии, от границы на глубине 900 км до поверхности Вихерта--Гутенберга (2900 км), называется нижней мантией.

5. Слой Е - заключен между поверхностью Вихерта--Гутенберга и границей на глубине 4900 км; представляет собой внешнее ядро Земли, находящееся в жидком состоянии.

6. Слой F - переходная зона ядра; границы ее на глубинах 4900 и 5150 км.

7. Слой G - субъядро, находящееся в твердом состоянии; занимает центральную часть планеты глубже 5150 км.

Таким образом, слой А соответствует земной коре, слои В, С и Р образуют мантию, а Е, F и G - ядро Земли.[1.27c]

Ядро - центральная часть Земли не совсем ясной химической и физической природы. С начала XX в. существует гипотеза железного ядра; её современная модификация разделяется некоторыми геофизиками и сейчас. Больше сторонников имеет гипотеза силикатного ядра. Однако независимо от состава химических элементов для ядра, в силу особых физических условий, характерно полное вырождение химических свойств вещества. Температура ядра порядка 4000°, давление в центре Земли более 3,5 млн. атмосфер. При таких условиях вещество переходит в так называемую металлическую фазу, электронные оболочки атомов разрушаются и образуется электронная плазма отдельных химических элементов. Вещество становится более плотным и насыщенным свободными электронами. Огромные кольцевые вихри свободных электронов, возникающие в ядре, порождают, вероятно, постоянное магнитное поле Земли.

Глубина залегания, плотность,

Ядро Земли центральная, наиболее глубокая геосфера Земли. Его средний радиус ок. 3,5 тыс. км. Делится на внешнее ядро и субъядро (внутренне ядро). Температура в центре ядра Земли, по-видимому, достигает 5000єС, плотность ок. 12,5 т/м 3, давление до 361 (гига) ГПа (3,5*106 атм). Предположительно ядро металлическое (железно-никелевое). Внешнее ядро - жидкое, а субъядро - твердое. С этим связано наличие у Земли магнитного поля. Мантия оболочка "твердой" Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Составляет 83% объема Земли и 67% ее массы. Верхняя граница проходит на глубине от 5-10 до 70 км по поверхности Мохоровичича [1909 г. скорость продольных сейсмических волн при переходе через нее возрастает скачком с 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с, а плотность с 2,9-3,0 до 3,1-3,5 т/м 3]. Нижняя - на глубине 2900 км по границе с ядром Земли. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена оливином и делится на верхнюю мантию толщиной ок. 900 км и нижнюю - ок. 2000 км. Благодаря высокому давлению - от 1 до 136 ГПа вещество мантии Земли, по-видимому, находится в твердом кристаллическом состоянии (за исключением астеносферы). Температура в мантии, по-видимому, не превышает 2000-2500єС. С процессами в мантии Земли связаны тектонические движения, магматизм, вулканизм и др.[2.125c]

Агрегатное состояние

Внешнее ядро обладает свойствами жидкости и достаточно пластично, а внутреннее ядро - твердое, отделенное от внешнего переходным слоем. В состав ядра входят, в основном, железо и никель с небольшой примесью легких элементов. Вероятно, в виде примеси оно содержит серу и, может быть, кремний. Считается, что все три зоны ядра по составу близки, хотя полного совпадения теоретически ожидать нельзя.

Химический состав.

Состав субъядра неизвестен. Очень хочется подчеркнуть то, что можно как бы мыслить, что оно также состоит из, как многие выражаются, такого же материала, что и наружное ядро, но тут давление повысило точку плавления так, что состав, мягко говоря, остался нерасплавленным. Ни для кого не секрет то, что есть, но, и доводы в пользу того, что наружное ядро силикатное, а субъядро - стальное.[5.108c]

Список литературы

1. Конечная Я.В., Иванова Е.В., Шахова Е.В. Основы теории и практики обработки цифровых сейсмических записей.

2. Руководство по обработке телесейсмических землетрясений на записях станций Архангельской сети. - Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2013. 88 с

3. Состав и строение мантии Земли. Д.Ю. Пущаровский, Ю.М. Пущаровский, МГУ им. М.В. Ломоносова

4. Короновский Н.В., Общая геология, Издательство Московского университета, 2002 Часть 2, Строение и состав Земли.

5. Общая геология: в 2 тт. / Под редакцией профессора Л.К. Соколовского. М. : КДУ, 2006.

Размещено на Allbest.ru