Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Строение Земли. 3

Содержание:

1. Введение 3

2. Земля 4

3. История Земли 5

4. Геохронологическая шкала 6

5. Строение Земли 7

5.1 Земная кора 8

5.2 Мантия 9

5.3 Ядро 10

5.4 Форма 12

5.5 Химический состав 12

6.Заключение 13

7.Список использованной литературы 15

Введение.

Создание модели внутреннего строения Земли - одно из самых больших достижений науки XX столетия. Конечно, создавались модели и раньше, которые основывались на предположениях и на небольшом количестве достоверных фактов. Нельзя сказать, что сегодня все в строении Земли ученым известно. Недра таят в себе большой запас загадок. Но я думаю, что современная модель вряд ли когда-нибудь изменится настолько сильно, как менялись модели прошлых веков.

Чтобы добиться успехов в изучении строения Земли ученые рассмотрели Землю как физическое тело. Стали изучать физические процессы, которые происходили в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли. Заинтересовались реакцией нашей планеты на притяжение Луны с Солнцем, воздействием межпланетной среды на Землю. Специалисты серьезно занялись изучением химического состава земной коры.

Сформировалась наука геофизика, отдельные разделы которой были заложены в прошлые столетия. Геофизика - комплекс физических наук, изучающих нашу планету. Комплекс включает в себя гравиметрию - науку о поле силы тяжести Земли и его изменении. Благодаря методам гравиметрии ученые изучили и построили сложную фигуру геоида, выяснили строение глубинных слоев, а также изучили упругие деформации - изменения форм и размеров Земли под воздействием притяжения Солнца и Луны.

Следующий раздел науки сейсмология - наука о землетрясениях. Она изучает условия и причины возникновения бедствий и распространение в земной толще волн упругих колебаний. Наблюдая распространение волн, ученые составили сейсмическую модель внутреннего строения Земли, которая используется по сей день.

Третий раздел - учение о земном магнетизме, заложенное в XVII веке, оно недавно вошло в группу наук, занятых изучением строения и эволюции Земли.

К физике Земли так же относят электрометрию, изучающую искусственные и естественные электрические поля в Земле; радиометрию, исследующую излучения, испускаемые естественными радиоактивными элементами, содержащимися в горных породах.

Данные геофизики и экспериментов позволяют смоделировать многие особенности строения, состава и процессов, происходящих в глубинах Земли, знание которых позволяет решать такие важные проблемы современного естествознания, как эволюция планеты и ее формирование, динамика мантии и земной коры, оценка риска захоронения опасных отходов на больших глубинах, энергетические ресурсы Земли и многое другое.

Земля.

Земля - третья планета от Солнца и пятая по размеру, крупнейшая по массе, диаметру и плотности среди планет Солнечной системы. Земля – это единственная планета известная человеку, которая населена живыми организмами.

Земля образовалась из солнечной туманности примерно 4,54 миллиарда лет назад и имеет единственный естественный спутник — Луну. Жизнь на Земле появилась в течение первого миллиарда после её возникновения, предположительно 3,9 млрд лет назад.

С тех пор биосфера Земли сильно изменила атмосферу, обеспечив формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет солнечную радиацию вредную для жизни, тем самым сохраняя условия существования жизни на Земле.

Мировой океан занимает примерно 70,8 % поверхности планеты, остальную часть занимают острова и континенты. Гидросферу составляют Мировой океан, озера и реки, льды и подземные воды, расположенные на материках.

Земля притягивается гравитационными силами с другими объектами в космосе, включая Луну и Солнце. Земля делает вокруг Солнца полный оборот приблизительно за 365,26 солнечных суток. Ось вращения Земли наклонена на 23,44° относительно перпендикуляра к её орбитальной плоскости, это вызывает на поверхности планеты сезонные изменения с периодом 365,24 солнечных суток (один тропический год). Своё обращение вокруг Земли Луна начала приблизительно 4,53 миллиарда лет назад. Гравитационное воздействие Луны на Землю - причина возникновения океанских приливов.

Внутренние области Земли очень активны и состоят из вязкого толстого слоя -мантии, которая покрывает жидкое внешнее ядро, являющееся источником магнитного поля Земли, и внутреннее твёрдое ядро, состоящее из никеля и железа. Орбитальные движения Земли и ее физические характеристики позволили жизни сохраниться в течение 3,5 млрд лет.

Ученые предполагают, что Земля будет сохранять условия для существования живых организмов ещё на протяжении 0,5 — 2,3 млрд лет.

Земля - это дом для миллионов видов живых существ, в том числе и человека. На Земле существует 195 независимых государств, взаимодействующих между собой путём дипломатических отношений, торговли, путешествий и военных действий. Человеческая культура сформировала много представлений об устройстве мироздания — таких, как геоцентрическая система мира, концепция о плоской Земле и гипотеза Геи, по которой Земля представляет собой единый суперорганизм.

История Земли.

Современной научной гипотезой формирования Земли и планет Солнечной системы является гипотеза солнечной туманности, по которой Солнечная система образовалась из облака газа и межзвёздной пыли. Облако состояло из гелия и водорода, которые образовались после Большого взрыва. Примерно 4,5 млрд лет назад облако стало сжиматься, что, возможно, произошло из-за воздействия ударной волны на расстоянии нескольких световых лет. Когда облако начало сокращаться, его угловой момент, инерция и гравитация сплюснули его в протопланетный диск перпендикулярно оси вращения. Обломки в протопланетном диске под действием силы притяжения стали сталкиваться, и, сливаясь, образовывали первые планетоиды.

Пыль, планетоиды, обломки и газ, которые остались после формирования Солнечной системы, стали сливаться в более крупные объекты, формируя планеты. Примерная дата образования Земли— 4,54±0,04 млрд. лет назад. А весь процесс формирования планеты занял примерно 10-20 миллионов лет.

Луна сформировалась позже, приблизительно 4,527±0,01 млрд лет назад, хотя её происхождение до сих пор точно не установлено. Основная гипотеза гласит, что она образовалась путём аккреции из вещества, оставшегося после касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10-12 % от земной. При этом столкновении было высвобождено примерно в 100 млн раз больше энергии, чем в результате того, которое, предположительно, вызвало вымирание динозавров. Часть мантии была выброшена на орбиту Земли, что предсказывает, почему Луна обделена металлическим материалом, и объясняет её необычный состав. Под влиянием собственной силы тяжести выброшенный материал принял сферического форму и образовалась Луна.

Протоземля увеличилась за счёт аккреции, и была достаточно раскалена, чтобы расплавлять минералы и металлы.

Железо, а также сидерофильные элементы, обладающие более высокой плотностью, чем алюмосиликаты и силикаты, опускались к центру Земли. Это привело к разделению внутренних слоёв Земли на металлическое ядро и мантию и спустя 10 миллионов лет после того, как Земля начала формироваться, произведя слоистую структуру Земли и сформировав магнитное поле Земли. Вулканическая активность и выделение газов из коры привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым астероидами и кометами, привела к образованию океанов. Земная атмосфера тогда состояла из легких атмофильных элементов: гелия и водорода, но содержала значительно больше углекислого газа, чем сейчас. Это уберегло океаны от замерзания, поскольку светимость Солнца тогда не превышала 70 % от нынешнего уровня. Примерно 3,5 миллиарда лет назад образовалось магнитное поле Земли, которое предотвратило опустошение атмосферы солнечным ветром.

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

Геохронологическая шкала.

Геохронологическая шкала— геологическая временная шкала истории Земли; применяется в палеонтологии и геологии, своеобразный календарь для промежутков времени в сотни тысяч и миллионы лет. Впервые геохронологическая шкала фанерозоя была предложена в 1938 году английским геологом А. Холмсом. Из-за отсутствия останков фауны, геохронологическая шкала докембрия построена по данным определений абсолютных возрастов пород на разных континентах.

История Земли разделена на различные временные промежутки. Их границы проходят по важнейшим событиям, которые тогда происходили. Граница между эрами фанерозоя проведена по крупнейшим эволюционным событиям— глобальным вымираниям. Палеозойская эра отделена от мезозойской крупнейшим за историю Земли массовым пермским вымиранием. Мезозойская эра отделена от кайнозойской мел-палеогеновым вымиранием.

Кайнозойская эра делится на три периода: палеоген, неоген и четвертичный период (антропоген). Эти периоды, в свою очередь, подразделяются на геологические эпохи: палеоген— на палеоцен, эоцен и олигоцен; неоген— на миоцен и плиоцен. Антропоген включает в себя плейстоцен и голоцен.

Строение Земли.

Земля относится к планетам земной группы, и, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в Солнечной системе, как по массе, так и по размеру. Так же Земля имеет наибольшую плотность, сильнейшее магнитное поле и самую сильную поверхностную гравитацию.

В первой половине XX века сейсмологи Г. Джеффрисом и Б. Гутенбергом разработали широко известную модель внутреннего строения Земли (деление ее на ядро, мантию и земную кору).

Недра Земли делятся на слои по физическим и химическим свойствам, внутренняя структура Земли имеет ярко выраженное внутреннее и внешнее ядро. Наружный слой Земли представляет собой твёрдую оболочку, которая состоит в основном из силикатов. От мантии она отделена границей с резким увеличением скоростей продольных сейсмических волн — поверхностью Мохоровичича. Литосфера состоит из твёрдой коры и вязкой мантии. Под литосферой находится астеносфера, слой относительно низкой вязкости, твёрдости и прочности.

Значительные изменения кристаллической структуры мантии происходят на глубине 410—660 км ниже поверхности, которая охватывает переходную зону, отделяющую нижнюю и верхнюю мантию. Под мантией располагается жидкий слой, который состоит из расплавленного железа с примесями никеля, кремния и серы — ядро Земли. На глубине 2900 км происходит резкое снижение скорости прохождения сейсмических волн. Скорость прохождения продольных сейсмических волн на данном рубеже равна 13,6 км/с, а под ним - 8,1 км/с. Это и есть граница мантии и ядра. Сейсмические измерения показывают, что ядро состоит из 2 частей: жидкого внешнего ядра, с радиусом приблизительно 2250 км и твёрдого внутреннего ядра с радиусом примерно 1220 км.

Земная кора.

Земная кора — верхняя часть твёрдой Земли. От мантии отделяется границей с резким возрастанием скоростей сейсмических волн — границей Мохоровичича. Существует два типа коры — океаническая и континентальная. Толщина Земной коры варьируется от 6 километров (в океанических областях) до 30-70 километров (в горных районах материков). На долю сферы земной коры приходится достаточно малая часть - около 0,5% общей массы планеты.

Табл. 2. Крупнейшие тектонические плиты

В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Земная кора делится на отличные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга.

Основной состав коры - это окислы железа, алюминия, кремния и щелочных металлов. С глубиной в составе земной коры возрастает содержание железа и оксидов магния, снижается содержание кремнезёма, данная тенденция имеет место при переходе к верхней мантии.

В составе континентальной коры, которая содержит под осадочным слоем нижний (базальтовый) и верхний (гранитный) встречаются более древние породы Земли, возраст которых достигает 3 млрд. лет. Океаническая кора под осадочным слоем содержит один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла около 100-150 миллионов лет.

Верхняя часть континентальной земной коры представляет собой прерывистый слой, который состоит из вулканических и осадочных горных пород. Слои могут быть смяты в складки и смещены по разрыву.

Ниже находится гранитный слой, который состоит из гранитов и гнейсов (скорость продольных волн в данном слое— до 6,4 км/сек). Ещё ниже располагается базальтовый слой (6,4—7,6 км/сек), сложенный метаморфическими горными породами, базальтами и габбро. Между этими 2-мя слоями проходит граница - поверхность Конрада. Скорость продольных сейсмических волн при прохождении через эту поверхность резко возрастает с 6 до 6,5 км/с.

Кора под океанами имеет толщину 5—10 километров. Она делится на несколько слоёв. Сначала располагается верхний слой, который состоит из донных осадков, толщина которых менее километра. Ниже расположен второй слой, сложенный, в основном из базальта, серпентинита и, возможно, из прослоев осадков. Скорость продольных сейсмических волн в этом слое достигает 4—6 км/с, а толщина 1—2,5 км. Нижний, «океанический» слой сложен габбро. Этот слой имеет толщину около 5 км и скорость прохождения сейсмических волн 6,4—7 км/с.

Мантия.

Мантия — это силикатная оболочка Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты и примерно 83 % её объёма. Она располагается от с земной коры (на глубине 6—70 км) до ядра на глубине примерно 2900 км. От земной коры отделена поверхностью Мохоровичича, где скорость сейсмических волн при переходе из коры в мантию резко возрастает с 6,7—7,6 до 7,9—8,2 км/с.

Мантия занимает большой диапазон глубин. Фазовые переходы, при которых минералы приобретают более плотную структуру, сопровождаются увеличением давления в веществе. Мантия Земли делится на нижнюю и верхнюю мантии. Верхний слой делится на слой Гутенберга (субстрат) и слой Голицына (средняя мантия).

Твердый слой верхней мантии, распологающийся до глубин под океанами и континентами, вместе с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней располагается слой, где ученые наблюдают незначительное снижение скорости распространения сейсмических волн, это говорит о специфическом состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по сравнению к ниже и выше располагающимся слоям, называют астеносферой.

Агрегатное состояние мантии связано с влиянием сверхвысокого давления и температур. Из-за давления вещество большей части мантии находится в твёрдом кристаллическом состоянии, несмотря на достаточно высокую температуру. Исключением является астеносфера, в которой действие давления слабее, чем температуры, близкие к точке плавления вещества. По причине этого эффекта вещество находится либо в полурасплавленном, либо в аморфном состоянии.

В состав мантии входят химические элементы, которые находились в твёрдом состоянии или в твёрдых химических соединениях во время формирования Земли: кислород, магний, железо, кремний и др. Данные элементы образуют с диоксидом кремния силикаты.

На глубине 2900 километров в нижней мантии отмечается скачкообразное увеличение скорости продольных волн и плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, это указывает на изменение вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.

Ядро.

Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было достаточно сложно по причине недостаточного количества сейсмических волн, достигавших ядра и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, высокие температуры и давление ядра было сложно воспроизвести в лаборатории.

Ядро— центральная часть Земли, залегающая на глубине 2900 км, геосфера, находящаяся под мантией и состоящая из никеля и железа с примесью других элементов. Масса ядра составляет 1,9354·1024 кг., температура достигает 6000 °С, а плотность примерно 12,5 т/м³,.

Земное ядро делится на 2 области: жидкую (внешнее ядро, радиусом около 2200 км) и твердую (внутреннее, радиусом около 1300 км), переходная зона между ними проходит на глубине 5156 километров. Железо обильно распространено во Вселенной и составляет примерно 35% массы Земли. По последним данным, внешнее ядро – это вращающиеся потоки расплавленного никеля и железа, которые хорошо проводят электричество. С этим связывают происхождение земного магнитного поля, а электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, соприкасающийся с внешним ядром, испытывает его влияние, так как в мантии температура ниже, чем в ядре. В некоторых местах этот слой создает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

Внутреннее твердое ядро не связано с мантией. Предполагают, что его твердое состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением в центре Земли. Так же существуют мнения, что в ядре кроме железоникелевых сплавов должны быть более легкие элементы, такие как сера и кремний, а возможно, кислород и кремний. Вопрос о состоянии ядра 3емли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности возрастает сжатие, которому подвергается вещество. По последним расчетам стало известно, что давление в земном ядре может достигать 3 млн. атм. При этом многие вещества металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

Форма Земли.

Форма Земли (геоид) напоминает сплюснутый эллипс. Средний диаметр планеты составляет примерно 12 742 километров, а окружность составляет 40 000 км. Вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость, таким образом, диаметр на экваторе на 43километра больше, чем на полярный. Самый высокой точкой поверхности Земли считается гора Эверест (8848 м над уровнем моря), а глубочайшей— Марианская впадина (10 994 м под уровнем моря). Из-за выпуклости экватора самыми удалёнными точками поверхности от центра Земли являются вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре и гора Уаскаран в Перу.

Химический состав Земли.

Масса Земли приблизительно равна 5,9736·1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю примерно 1,3-1,4·1050. Она состоит из алюминия (1,4 %), кальция (1,5 %), никеля (1,8 %), серы (2,9 %), магния (13,9 %), кремния (15,1 %), кислорода (30,1 %) и железа (32,1 %), на остальные элементы приходится 1,2 %. Ученые предполагают, что из-за сегрегации по массе внутреннее пространство состоит из железа (88,8 %), никеля (5,8 %), серы (4,5 %) и около 1 % других элементов. Важно отметить, что углерода, который является основой жизни, в земной коре лишь 0,1 %.

Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора более, чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породообразующие минералы земной коры почти целиком состоят из оксидов; содержание хлора, серы и фтора в породах составляет менее 1 %. Основными оксидами являются оксид натрия (Na2O), оксид железа (FeO), окись магния (MgO), оксид калия (K2O), окись кальция (CaO), глинозём (Al2O3) и кремнезём (SiO2). Кремнезём служит кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с ним. На основе расчетов, анализирующих 1 672 видов пород, Кларк пришел к выводу, что 99,22 % из них содержат 11 оксидов (таблица 3). Другие компоненты встречаются в малых количествах.

Заключение.

Другие планеты земной группы, может быть, имеют схожие структуры и составы с определенными отличиями: у Луны сравнительно маленькое ядро; у Меркурия большое ядро относительно диаметра планеты; мантии Марса и Луны чуть толще; у Луны и Меркурия отсутствует отчетливая с хим. точки зрения кора. Земля – это единственная планета с внутренним и внешним ядром. Примечательно, что наши знания о внутреннем строении планет носят все-таки теоретический характер даже для Земли.

Ядро, возможно, состоит в большей степени из железа (или железа и никеля), но не отрицается возможность присутствия более легких элементов. В центре ядра температура достигает 7500 K, что больше, чем температура поверхности Солнца. Нижняя мантия состоит из магния, кислорода, и кремния, с незначительным количеством алюминия, железа и кальция. Верхняя мантия - это в основном пироксен и (железо-магниевые силикаты), алюминий и кальций. Эти данные были получены благодаря сейсмическим методам; образцы верхней мантии достигают поверхности в виде вулканической лавы, но значительная часть Земли недостижима для нас. Кора - это кварц (кремниевая двуокись) и другие силикаты. Химический состав Земли (по массе):

Железо 34,6%

Кислород 29,5%

Кремний 15,2%

Магний 12,7%

Никель 2,4%

Сера 1,9%

Исследование глубинного строения Земли считается одним из наиболее важным и актуальным направлениям геологических наук. Новая стратификация мантии Земли дает возможность менее схематично, чем прежде, подойти к сложной проблеме глубинной геодинамики. Отличия в сейсмических характеристиках земных оболочек (геосфер), отражающих различие в их минеральном составе и физических свойствах, дает возможность для моделирования геодинамических процессов. От дальнейшего развития сейсмотомографи, а также изучения химического и минерального состава глубин зависят построения в отношении структуры, состава, геодинамики и эволюции Земли в целом.

Список использованной литературы:

Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет. 1983.
Земля — статья из Большой советской энциклопедии.
Пущаровский Д.Ю., Пущаровский Ю.М. (МГУ им. М.В. Ломоносова) Состав и строение мантии земли.
Пущаровский Ю.М. Сейсмотомография и структура мантии.
http://ru.wikipedia.org/wiki/%C7%E5%EC%EB%FF