DataLife Engine > Версия для печати > Внутрішня будова Землі

Внутрішнєбудову Землі

Нещодавноамериканський геофізик М. Херндон висловив гіпотезу про те, що в центрі Землізнаходиться природний В«ядерний реакторВ» з урану і плутонію (або торію)діаметром всього 8 км. Ця гіпотеза здатна пояснити інверсію земногомагнітного поля, що відбувається кожні 200 000 років. Якщо це припущенняпідтвердиться, то життя на Землі може завершитися на 2 млрд. років раніше, ніжпередбачалося, так як і уран, і плутоній згоряють дуже швидко. Їх виснаженняпризведе до зникнення магнітного поля, що захищає 3емлю від короткохвильовогосонячного випромінювання і, як наслідок, до зникнення всіх форм біологічноїжиття. Цю теорію прокоментував член-кореспондент РАН В.П. Трубіцин: В«Іуран, і торій - дуже важкі елементи, які в процесі диференціаціїпервинної речовини планети можуть опуститися до центру Землі. Але на атомномурівні вони захоплюються з легкими злементов, які виносяться в земну кору,тому всі уранові родовища і знаходяться в самому верхньому шарі кори. ТоТобто якщо б і ці елементи були зосереджені у вигляді скупчень, вони могли бопуститися в ядро, але, за сформованими уявленнями, їх повинно бути невеликекількість. Таким чином, для того щоб робити заяви про уранове ядріЗемлі, необхідно дати більш обгрунтовану оцінку кількості урану, який пішов узалізне ядро. Слід також Будова Землі

Восени 2002року професор Гарвардського університету А. Дзевонскі і його студент М. Ісіі напідставі аналізу даних від більш ніж 300 000 сейсмічних явищ, зібранихза 30 років, запропонували нову модель, згідно з якою в межах внутрішньогоядра лежить так зване В«самий внутрішнійВ» ядро, що має близько 600 км впоперечнику: Його наявність може бути доказом існування двох етапіврозвитку внутрішнього ядра. Для підтвердження подібної гіпотези необхіднорозмістити по всій земній кулі ще більше число сейсмографів, щоб nровестібільш детальне виділення анізотропії (залежність фізичних властивостей речовинивід напряму усередині нього), яка характеризує самий центр Землі.

Індивідуальнеобличчя планети, подібно зовнішності живої істоти, багато в чому визначаєтьсявнутрішніми факторами, виникаючими в її глибоких надрах. Вивчати ці надрадуже важко, так як матеріали, з яких складається Земля, непрозорі іщільні, тому обсяг прямих даних про речовині глибинних зон дуже обмежений.До їх числа відносяться: так званий мінеральний агрегат (великі складовічастини породи) з природного надглибокої свердловини - кімберлітової трубки вЛecoтo (Південна Африка), який розглядається як представник порід,залягають на глибині близько 250 км, а також керн (циліндрична колонкагірської породи), піднятий з найглибшої у світі свердловини (12 262 м) на Кольськомупівострові. Дослідження сверхглубін планети цим не обмежується. У 70-тіроки ХХ століття наукове континентальне буріння проводилося на на територіїАзербайджану - Сааблінская свердловина (8324 м). А в Баварії на початку 90-х роківминулого століття була закладена надглибока свердловина КТБ-Оберпфальц розміромбільше 9000 м.

Існуєбагато дотепних і цікавих методів вивчення нашої планети, але основнаінформація про її внутрішню будову отримана в результаті дослідженьсейсмічних хвиль, що виникають при землетрусах і могутніх вибухах. Щогодинив різних точках Землі реєструється близько 10 коливань земної поверхні.При цьому виникають сейсмічні хвилі двох типів: повздовжні і поперечні. Втвердій речовині можуть поширитися обидва типи хвиль, а от в рідинах -тільки поздовжні. Зміщення земної поверхні реєструються сейсмографами,встановленими по всій земній кулі. Спостереження швидкості, з якою хвиліпроходять крізь 3емлю, дозволяють геофізикам визначити щільність і твердістьпорід на глибинах, недоступних прямим дослідженням. Зіставлення густин,відомих за сейсмічними даними і отриманими в ході лабораторних експериментівз гірськими породами (де моделюються температура і тиск, відповідніпевній глибині 3емлі), дозволяє зробити висновок про речовинному складіземних надр. Новітні дані геофізики й експерименти, пов'язані здослідженням структурних перетворень мінералів, дозволили змоделювати багатоособливості будови, складу і процесів, що відбуваються в глибинах Землі.

Ще в XVIIстолітті дивовижне збіг обрисів берегових ліній західного узбережжяАфрики і східного узбережжя Південної Америки наштовхувало деяких вчених на думкупро те, що континенти В«гуляютьВ» по планеті. Але тільки три століття потому, в 1912році, німецький метеоролог Альфред Лотар Вегенер докладно виклав свою гіпотезуконтинентального дрейфу, згідно з якою відносне положення континентівзмінювалося протягом історії 3емлі. Одночасно він висунув безлічаргументів на користь того, що в далекому минулому континенти були зібрані разом.Крім схожості берегових ліній їм були виявлені відповідність геологічнихструктур, безперервність реліктових гірських хребтів і тотожність копалинзалишків на різних континентах. Професор Вегенер активно відстоював ідею проіснування в минулому єдиного суперконтиненту Пангея, його розкол іподальшому дрейфі утворилися континентів у різні боки. Але цянезвичайна теорії не була сприйнята серйозно, тому що з точки зору тогочасу здавалося абсолютно незбагненним, щоб гігантські континенти моглисамостійно переміщатися по планеті. До того ж сам Вегенер не змігнадати відповідний В«механізмВ», здатний рухати континенти.

Відродженняідей цього вченого відбулося в результаті досліджень дна океанів. Справа в тому,що зовнішній рельєф континентальної кори добре відомий, а ось океанське дно,протягом багатьох століть надійно укрите багатокілометрової товщею води,залишалося недоступним для вивчення і служило невичерпним джереломвсіляких легенд і міфів. Важливим кроком вперед у вивченні його рельєфу сталовинахід прецизійного ехолота, за допомогою якого стало можливимбезперервно вимірювати і реєструвати глибину дна по лінії руху судна. Однимз вражаючих результатів інтенсивного дослідження дна океанів стали новідані про його топографії. Сьогодні топографію океанського дна легше картіроватьзавдяки супутникам, дуже точно вимірює В«висотуВ» морської поверхні: її вточності відображають відмінності рівня моря від місця до місця. Замість плоского,позбавленого будь-яких особливих прикмет, прикритого мулом дна виявилися глибокі ровиі круті обриви, гігантські гірські хребти і найбільші вулкани. Особливовиразно виділяється па картах Серединно-Атлантичний гірський хребет,розтинає Атлантичний океан точно посередині.

Виявилося,що дно океану старіє в міру віддалення від серединно-океанічного хребта,В«РозповзаючисьВ» від його центральної зони зі швидкістю кілька сантиметрів на рік.Дією цього процесу можна пояснити подібність обрисів континентальнихоколиць, якщо припускати, що між частинами розколотого континенту утворюєтьсяновий океанічний хребет, а океанічне дно, нарощується симетрично з обохсторін, формує новий океан. Атлантичний океан, посеред якого лежитьСерединно-Атлантичний хребет, ймовірно, виник саме таким чином. Але якщоплоща морського дна збільшується, а Земля не розширюється, то щось углобальної корі повинно руйнуватися, щоб компенсувати цей процес. Самеце і відбувається на околицях більшій частині Тихого океану. 3десь літосферніплити зближуються, і одна з зіштовхуваних плит занурюється під іншу і йдеглибоко всередину Землі. Такі ділянки зіткнення відзначаються активнимивулканами, які простяглися вздовж берегів Тихого океану, утворюючи такзване В«вогненне кільцеВ».

Безпосереднєбуріння морського дна і визначення віку піднятих порід підтвердилирезультати палеомагнітних досліджень. Ці факти лягли в основу теорії новоїглобальної тектоніки, або тектоніки літосферних плит, яка справиласправжню революцію в науках про 3емле і принесла нове уявлення про зовнішніоболонках планети. Головною ідеєю цієї теорії є горизонтальні рухиплит.

Згідносучасним космологічним уявленням 3емле утворилася разом з іншимипланетами близько 4,5 млрд. років тому з шматків і уламків, що обер...талися навколомолодого Сонця. Вона розросталася, захоплюючи речовина, що знаходилося навколо,поки не досягла свого нинішнього розміру. Спочатку процес розростаннявідбувався дуже бурхливо, і безперервний дощ падаючих тіл повинен був привести до їїзначного нагрівання, так як кінетична енергія частинок перетворювалася натепло. При ударах виникали кратери, причому викидається з них речовина вжене могло подолати силу земного тяжіння і падало назад, і чим крупнішебули падаючі тіла, тим сильніше розігрівали вони Землю. Енергія падаючих тілзвільнялася вже не на поверхні, а в глибині планети, не встигаючи випромінюючив простір. Хоча первісна суміш речовин могла бути однорідною ввеликому масштабі, розігрів земної маси внаслідок гравітаційного стиснення ібомбардування її уламками привів до розплавлення суміші і виниклі рідини піддією тяжіння відділялися від решти твердих частин. Поступовеперерозподіл речовини по глибині відповідно до щільністю повинно булопризвести до його розшарування на окремі оболонки. Більш легкі речовини, багатікремнієм, відокремлювалися від більш щільних, що містять залізо та нікель, іутворювали першу земну кору. Через приблизно мільярд років, коли 3емлеістотно охолола, земна кора затверділа, перетворившись на міцну зовнішнюоболонку планети. Остигаючи, 3емле викидала зі свого ядра безліч різнихгазів (зазвичай це відбувалося при виверженні вулканів) - легкі, такі якводень і гелій, здебільшого зникали в космічний простір, алетак як сила тяжіння 3емлі була вже досить велика, то утримувала у своїйповерхні більш важкі. Вони якраз і склали основу земної атмосфери.Частина водяної пари з атмосфери сконденсувалася, і на 3емле виникли океани.

Земля - вЂ‹вЂ‹ненайбільша, але і не сама маленька планета серед своїх сусідів.Екваторіальний радіус її, рівний 6378 км, через відцентрової сили, створюваноїдобовим обертанням, більше полярного на 21 км. Тиск у центрі Землі становить3 млн. атм., А щільність речовини - близько 12 г/см3. Маса нашої планети,знайдена шляхом експериментальних вимірювань фізичної постійної тяжіння іприскорення сили тяжіння на екваторі, становить 6 * 1024 кг, що відповідаєсередньої щільності речовини 5,5 г/см3. Щільність мінералів на поверхніприблизно вдвічі менше середньої щільності, а значить, щільність речовини вцентральних областях планети повинна бути вище середнього значення. Момент інерціїЗемлі, що залежить від розподілу щільності речовини вздовж радіуса, такожсвідчить про значне збільшення щільності речовини від поверхні доцентру. З надр Землі постійно виділяється тепловий потік, а так як тепломоже передаватися тільки від гарячого до холодного, то температура в глибині планетиповинна бути вище, ніж на її поверхні. Глибоке буріння показало, щотемпература з глибиною збільшується приблизно на 20 В° С на кожному кілометрі ізмінюється від місця до місця. Якби збільшення температури тривалобезперервно, то в самому центрі Землі вона досягла б десятків тисяч градусів,однак геофізичні дослідження показують, що в дійсностітемпература тут повинна становити кілька тисяч градусів.

[1] ТовщинаЗемної кори (зовнішньої оболонки) змінюється від декількох кілометрів (уокеанічних областях) до декількох десятків кілометрів (у гірських районахматериків). Сфера земної кори дуже невелика, на її частку припадає лишеблизько 0,5% загальної маси планети. Основний склад кори - це окисли кремнію,алюмінію, заліза і лужних металів. У складі континентальної кори,містить під осадовим шаром верхній (гранітний) і нижній (базальтовий),зустрічаються найбільш древні породи Землі, вік яких оцінюється більшніж в 3 млрд. років. Океанічна ж кора під осадовим шаром містить в основномуодин шар, близький за складом до базальтовим. Вік осадового чохла неперевищує 100-150 мільйонів років.

[1-2] Віднизлежащего мантії земну кору відокремлює під вмогом ще загадковий Шар Мохо(Названий так на честь сербського сейсмолога Мохоровичича, що відкрив його в 1909році), в якому швидкість поширення сейсмічних хвиль стрибкоподібнозбільшується.

[2] На долюМантії припадає близько 67% загальної маси планети. Твердий шар верхньої мантії,поширюється до різних глибин під океанами і континентами, спільно зземною корою називають літосферою - самої твердою оболонкою Землі. Під неювідзначений шар, де спостерігається деяке зменшення швидкості розповсюдженнясейсмічних хвиль, що говорить про своєрідний стан речовини. Цей шар,менш в'язкий і більш пластичний по відношенню до вище і нижче лежачим верствам,називають астеносферой. Вважається, що речовина мантії перебуває в безперервномурусі, і висловлюється припущення, що у відносно глибоких шарахмантії із зростанням температури і тиску відбувається перехід речовини в більшщільні модифікації. Такий перехід підтверджується і експериментальнимидослідженнями.

[3] У нижніймантії на глибині 2900 км відзначається різкий стрибок не тільки у швидкостіпоздовжніх хвиль, але й у щільності, а поперечні хвилі сдесь зникають зовсім,що вказує на зміну речовинного складу порід. Це зовнішня межа ядраЗемлі.

[4-5] Земнеядро відкрито в 1936 році. Отримати його зображення було надзвичайно важкоза малого числа сейсмічних хвиль, що досягали його і поверталися доповерхні. Крім того, екстремальні температури і тиску ядра довгий часважко було відтворити в лабораторії. Земне ядро вЂ‹вЂ‹розділяється на 2 окреміобласті: рідку (ЗОВНІШНЄ ЯДРО) і тверду (BHУTPEHHE), перехід між ними лежитьна глибині 5156 км. Залізо - елемент, який відповідає сейсмічнимвластивостям ядра і рясно поширений у Всесвіті, щоб представити в ядріпланети приблизно 35% її маси. За сучасними даними, зовнішнє ядроявляє собою обертові потоки розплавленого заліза і нікелю, добрепроводять електрику. Саме з ним пов'язують походження земного магнітногополя, вважаючи, що, електричні струми, поточні в рідкому ядрі, створюютьглобальне магнітне поле. Шар мантії, що знаходиться в зіткненні з зовнішнімядром, випробує його вплив, оскільки температури в ядрі вище, ніж в мантії.Місцями цей шар породжує величезні, спрямовані до поверхні Землітепломассопотоки - Плюм.

[6]ВНУТРІШНЄ тверде ядро вЂ‹вЂ‹не пов'язане з мантією. Вважають, що його твердестан, незважаючи на високу температуру, забезпечується гігантським тискомв центрі Землі. Висловлюються припущення про те, що в ядрі крімжелезонікелевих сплавів повинні бути присутніми і більш легкі елементи, такіяк кремній і сірка, а можливо, кремній і кисень. Питання про стан ядра3емлі досі залишається дискусійним. У міру віддалення від поверхнізбільшується стиснення, якому піддається речовина. Розрахунки показують, що вземному ядрі тиск може досягати 3 млн. атм. При зтом багато речовини якб металлізіруются - переходять в металеве стан. Існувала навітьгіпотеза, що ядро вЂ‹вЂ‹Землі складається з металевого водню.

Щоб зрозумітияким чином геологи створили модель будови Землі, треба знати основнівластивості та їх параметри, що характеризують всі частини Землі. До таких властивостей(Або характеристиками) відносяться:

1. Фізичні- Щільність, пружні магнітні властивості,, тиск і температура.

2. Хімічні- Хімічний склад і хімічні сполуки, розподіл хімічних елементівв Землі.

Виходячи зцього, визначається вибір методів дослідження складу і будови Землі. Короткорозглянемо їх.

Перш за все,відзначимо, що всі методи поділяються на:

В·прямі- Спираються на безпосереднє вивчення мінералів і гірських порід і їхрозміщенні в товщах Землі;

В·непрямі- Засновані на вивченні фізичних і хімічних параметрів мінералів, порід ітовщ за допомогою приладів.

Прямимиметодами ми можемо вивчити лише верхню частину Землі, тому найглибшасвердловина (Кольська) досягла ~ 12 км. Про більш глибоких частинах можна судити повулканічних вивержень.

Глибинневнутрішню будову Землі вивчається непрямими методами, в основному комплексомгеофізичних методів. Розглянемо основні з них.

1. Сейсмічнийметод (грец. сейсмос - трясеніе) - спир...ається на явище виникнення іпоширення пружних коливань (або сейсмічних хвиль) в різних середовищах.Пружні коливання виникають в Землі при землетрусах, падіння метеоритів абовибухах і починають поширюватися з різною швидкістю від вогнища їхвиникнення (вогнища землетрусу) до поверхні Землі. Виділяють два типисейсмічних хвиль:

1-поздовжніP-хвилі (найшвидші), проходять через усі середовища - тверді і рідкі;

2-поперечніS-хвилі, більш повільні і проходять тільки через тверді середовища.

Сейсмічніхвилі при землетрусах виникають на глибинах від 10 км до 700 км. Швидкість сейсмічниххвиль залежить від пружних властивостей і щільності гірських порід, які вониперетинають. Досягаючи поверхні Землі, вони як би просвічують її і даютьуявлення про ту середовищі, яку перетнули. Зміна швидкостей даєуявлення про неоднорідність і розшарування Землі. Крім змінишвидкостей, сейсмічні хвилі відчувають переломлення, проходячи черезнеоднорідні шари або відбиття від поверхні, що розділяє шари.