Строение Земли. 6

Введение

    Мир планет очень разнообразен. Самая нетипичная планета - Земля. Мир Земли очень  многообразен. Это уникальная планета. Единственная планета, на которой растут грибы. Только на Земле сделаны все великие изобретения - огонь, колесо и письменность. Это связано с тем, что по чистой случайности среднее расстояние от Земли до Солнца оказалось равным 1 ае. Чуть больше или чуть меньше - и как минимум одно изобретение уже бы не понадобилось. Земля ближе всего к Солнцу зимой, дальше всего - летом. Внутреннее строение Земли довольно неприглядно, но знать его надо. Наверное, каждый видел строение яйца? Вот так и Земля: скорлупа- это кора, белок- мантия, желток - ядро.

    И в  своем реферате я бы хотела более  подробно рассказать о строении Земли. Эта тема заинтересовала меня достаточно давно, и сейчас, когда представилась такая возможность, я с огромным удовольствием раскрою ее. Моя работа состоит из двух глав: история Земли и строение Земли, где подробно описывается каждый слой "нашей" планеты.

История Земли

 Согласно современным космологическим представлениям 3емля образовалась вместе с другими планетами около 4,5 млрд. лет назад из кусков и обломков, вращавшихся вокруг молодого Солнца. Она разрасталась, захватывая вещество, находившееся вокруг, пока не достигла своего нынешнего размера. Вначале процесс разрастания происходил очень бурно, и непрерывный дождь падающих тел должен был привести к ее значительному нагреванию, так как кинетическая энергия частиц превращалась в тепло. При ударах возникали кратеры, причем выбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть силу земного притяжения и падало обратно, и чем крупнее были падающие тела, тем сильнее разогревали они Землю. Энергия падающих тел освобождалась уже не на поверхности, а в глубине планеты, не успевая излучиться в пространство. Первоначально внешний слой Земли представлял собой расплавленную массу. Когда в атмосфере стала накапливаться вода, поверхность планеты начала остывать и отвердевать. Луна сформировалась позднее, возможно в результате касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10 % от земной (иногда этот объект называют «Тейя»). Часть массы этого тела слилась с Землёй, а часть была выброшена в околоземное пространство и образовала раскалённое кольцо обломков, со временем агрегировавшееся и давшее начало Луне.

    Обезгаживание и вулканическая активность привели  к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная  льдом, занесённым кометами, привела  к образованию океанов. Предположительно 4 млрд лет назад, интенсивные химические реакции привели к возникновению самовоспроизводящихся молекул, и полмиллиарда лет назад появился «последний универсальный общий предок» (LUCA — last universal common ancestor).

    Развитие  фотосинтеза позволило живым  организмам напрямую накапливать солнечную энергию. В результате в атмосфере стал накапливаться кислород, а в верхних слоях — формироваться озоновый слой. Слияние мелких клеток с более крупными привело к развитию сложных клеток—эукариотов. Настоящие многоклеточные организмы, состоящие из группы клеток, стали всё больше приспосабливаться к окружающим условиям. Благодаря поглощению губительного ультрафиолетового излучения озоновым слоем, жизнь смогла начать освоение поверхности Земли.

    Поскольку поверхность планеты постоянно изменялась в течение сотен миллионов лет, континенты появлялись и разрушались. Континенты перемещались по поверхности, порой собираясь в суперконтинент. Приблизительно 750 млн лет назад, самый ранний из известных суперконтинентов — Родиния, стал раскалываться на части. Позже континенты объединились в Паннотию (600—540 млн лет назад), затем в последний из суперконтинентов — Пангею, который распался 180 млн лет назад.

    В 1960 году была выдвинута гипотеза Snowball Earth, утверждающая, что в период между 750 и 580 млн лет назад Земля была полностью покрыта льдом. Эта гипотеза объясняет кембрийский взрыв, когда резко ускорилось распространение многоклеточных форм жизни.

    После кембрийского взрыва, около 535 млн лет назад, было пять массовых вымираний. Последнее массовое вымирание случилось 65 млн лет назад, когда, вероятно, падение метеорита привело к исчезновению динозавров (не птиц) и других крупных рептилий, но обошло мелких зверей, таких как млекопитающие, которые тогда напоминали землероек. В течение последних 65 млн лет, развилось огромное количество разнообразных видов млекопитающих, и несколько миллионов лет назад обезьяноподобные животные получили способность прямохождения. Это позволило использовать орудия и способствовало общению, которое помогало добывать пищу и стимулировало необходимость в большом мозге. Развитие земледелия, а затем цивилизации, в короткие сроки позволило людям воздействовать на Землю как никакая другая форма жизни, влиять на природу и численность других видов.

    Последний пример ледникового периода начался примерно 40 млн лет назад, затем усилился в Плейстоцен около 3 млн лет назад. Полярные регионы до сих пор переносят повторяющиеся циклы похолодания и потепления, происходящие каждые 40–100 000 лет. Последний ледниковый период закончился 10 000 лет назад.

Строение Земли

    Земля относится к планетам земной группы, а значит она, в отличие от газовых  гигантов, таких как Юпитер, имеет  твёрдую поверхность. Эта крупнейшая из четырёх планет земной группы в  солнечной системе, как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырёх планет.

Форма

Сопоставление размеров планет земной группы (слева  направо): Меркурий, Венера, Земля, Марс

Форма Земли (геоид) близка к вытянотому эллипсоиду —  шарообразная форма с утолщениями  на экваторе — и отличается от него на величину до 100 метров. Средний диаметр планеты примерно равен 12 742 км. Более точно это 40 000 км/π, так как метр в прошлом определялся, как 1/10 000 000 расстояния от экватора до северного полюса через Париж.

    Вращение земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты. Высшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8 848 м над уровнем моря), а глубочайшей — Марианская впадина (10 911 м под уровнем моря). Поэтому, по сравнению с идеальным эллипсоидом, Земля имеет допуск в пределах 0,17 % (1/584), что меньше 0,22 % — допустимого допуска для бильярдного шара. Из-за выпуклости экватора, самой удалённой точкой поверхности от центра Земли фактически является вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре.

Химический состав

    Масса Земли приблизительно равна 5,98×10²⁴ кг. Она состоит в основном из железа(32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %); на остальные элементы приходится 1,2 %. Из-за сегрегации по массе внутреннее пространство, предположительно, состоит из железа(88,8 %), небольшого количества никеля (5,8 %), серы (4,5 %).

    Геохимик  Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породосоставляющие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов; суммарное содержание хлора, серы и фтора в породах обычно составляет менее 1 %. Основными оксидами являются кремнезём (SiO₂), глинозём (Al₂O₃), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), оксид калия (K₂O) и оксид натрия (Na₂O). Кремнезём служит главным образом кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основные вулканических пород связана с ним. Из расчётов, основанных на анализе 1 672 видов пород, Кларк сделал вывод, что 99,22 % из них содержат 11 оксидов (таблица справа). Все прочие компоненты встречаются в очень незначительном количестве.

Внутреннее строение

    Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая.

Геологические слои Земли по глубине  от поверхности:

    Внутренняя  теплота планеты скорее всего  обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. У всех трёх элементов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 7 000 К, а давление может достигать 360 ГПа. Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов. Плюмы приводят к появлению горячих точек и Траппов.

Земная кора

    Земная  кора — это верхняя часть твёрдой  земли. От мантии отделена границей с  резким повышением скоростей сейсмических волн — границей Мохоровичича. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30–50 км на континентах. Бывает два типа коры — континентальная и океаническая. В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит.

Мантия земли

    Мантия  — это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами — породами, состоящими из силикатов  магния, железа, кальция и др. Частичное  плавление мантийных пород порождает  базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к  поверхности земную кору.

    Мантия  составляет 67 процентов всей массы  Земли и около 83 % всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5 — 70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают всё более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времен формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

    Теплоперенос  в мантии происходит путем медленной конвекции, посредством пластической деформации минералов. Скорости движения вещества при мантийной конвекции составляют порядка нескольких сантиметров в год. Эта конвекция приводит в движение литосферные плиты (см. тектоника плит). Конвекция в верхней мантии происходит раздельно. Существуют модели, которые предполагают ещё более сложную структуру конвекции.

Ядро Земли

      Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

    Внутреннее твердое ядро не связано с мантией. Полагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Высказываются предположения о том, что в ядре помимо железоникелевых сплавов должны присутствовать и более легкие элементы, такие как кремний и сера, а возможно, кремний и кислород. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что в земном ядре давление может достигать 3 млн. атм. При зтом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

Тектонические платформы

    Карта, иллюстрирующая расположение основных тектонических плит.

    Согласно  теории тектонических плит, внешняя  часть Земли состоит из двух слоёв: литосферы, включающей земную кору, и затвердевшей верхней части мантии. Под Литосферой располагается астеносфера, составляющая внутреннюю часть мантии. Астеносфера ведёт себя как перегретая и чрезвычайно вязкая жидкость.

    Литосфера, разбитая на так называемые тектонические  плиты, как бы плавает по астеносфере. Плиты представляют собой жёсткие сегменты, которые двигаются относительно друг друга. Существует три типа их взаимного перемещения: конвергенция, дивергенция и сдвиговые перемещения по трансформным разломам. На разломах между тектоническими плитами могут происходить землетрясения, вулканическая активность, горообразование, образование океанских впадин.

Крупнейшие тектонические  плиты:

    Среди плит меньших размеров следует отметить индостанскую, арабскую, карибскую  плиты, плиту Наска и плиту  Скотия. Австралийская плита фактически слилась с Индостанской между 50 и 55 млн лет назад. Наибольшей скоростью перемещения обладают океанские плиты; так, плита Кокос движется со скоростью 75 мм в год,а тихоокеанская плита — со скоростью 52–69 мм в год. Самая низкая скорость у евразийской плиты — 21 мм в год.

Поверхность

    Распределение высот и глубин по поверхности  Земли. Данные Национального Геофизического информационного центра.

    Рельеф  Земли очень разнообразен. Около 70,8% поверхности планеты покрыто  водой (в том числе континентальные  шельфы). Подводная поверхность гористая, включает систему срединно-океанических хребтов, а также подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Оставшиеся 29,2%, непокрытые водой, включают горы, пустыни, равнины, плоскогорья и др.

    В течение  геологических периодов, поверхность  планеты, из-за тектонических процессов  и эрозии, постоянно изменяется. Рельеф тектонических плит формируется под воздействием выветривания, которое является следствием осадков, колебаний температур, химических воздействий. Ледники, береговая эрозия, образование коралловых рифов, столкновения с крупными метеоритами также влияют на изменение земной поверхности.

    При перемещении  континентальных плит по планете, океаническое дно погружается под их надвигающиеся  края. В то же время, поднимающееся  из глубин вещество мантии, создаёт  дивергентную границу на срединно-океанических хребтах. Совместно эти два процесса приводят к постоянному обновлению материала океанической плиты. Возраст большей части океанского дна меньше 100 млн лет. Древнейшая океаническая плита расположена в западной части Тихого океана, а её возраст составляет примерно 200 млн лет. Для сравнения, возраст старейших ископаемых, найденных на суше, достигает порядка 3 млрд лет.

    Континентальные плиты состоят из материала с  низкой плотностью, такого как вулканические  гранит и андезит. Менее распространён  базальт — плотная вулканическая порода, являющаяся основной составляющей океанического дна. Примерно 75% поверхности материков покрыто осадочными породами, хотя эти породы составляют примерно 5% земной коры. Третьими по распространённости на Земле породами являются метаморфические горные породы, сформировавшиеся в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород под действием высокого давления, высокой температуры или того и другого одновременно. Самые широко распространённые силикаты на поверхности Земли — это кварц, полевой шпат, амфибол, слюда, пироксен и оливин; карбонаты — кальцит (в известняке), арагонит и доломит.

    Педосфера представляет собой самый верхний  слой Земли, включает почву и процессы почвообразования. Она находится  на границе между литосферой, атмосферой, гидросферой и биосферой. На сегодня общая площадь культивируемых земель составляет 13,31% поверхности суши, из которых лишь 4,71% постоянно заняты сельскохозяйственными культурами. Примерно 40% земной суши сегодня используется для пахотных угодьев и пастбищ, это примерно 1,3×10⁷ км² пахотных земель и 3,4×10⁷ км² пастбищ.

    Высота  земной суши варьируется от самой  низкой точки — -418 м в Мёртвом море, до наивысшей — 8 848 м (в 2005 году) на вершине Эвереста. Средняя высота суши над уровнем моря составляет 686 м.

Гидросфера

    Гидросфера  — совокупность всех водных запасов  Земли. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара.

    Часть воды находится в твёрдом состоянии  в виде ледников, снежного покрова, и в вечной мерзлоте, слагая криосферу.

Атмосфера

    Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Биосфера

Биосфера — это  совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

Список  используемой литературы

1. В. И. Вернадский 
   Химическое строение биосферы Земли и её окружения, Букинистическое издание, 1965.
2. В. Н. Жарков, Внутреннее строение Земли и планет,1983.
3. В.А. Магницкий, Внутреннее строение и физика Земли, Наука, 2006
4. В.Е. Хаин, Историческая геология, Оникс, 2000
5. Г. Джеффрис, Земля, ее происхождение, история и строение, Букинистическое издание, 1960.

6. М.С. Молоденский, Гравитационное поле, фигура и внутреннее строение Земли, Наука, 2001