Строение Земли. Из первоначального газопылевого вещества протопланетного облака в результате действия сил тяготения

Из первоначального газопылевого вещества протопланетного облака в результате действия сил тяготения, дифференциации и разогрева образовалось несколько геосферных оболочек, которые различаются по химическому составу, агрегатному состоянию и другим физическим свойствам.

Обычно различают внутренние оболочки Земли, к которым относят ее ядро, мантию и земную кору, и внешние оболочки: литосферу, гидросферу и атмосферу. Все эти сферы непрерывно взаимодействуют между собой. Об этом свидетельствует не только продолжающаяся тектоническая деятельность внутренних оболочек Земли, но и постоянное воздействие атмосферы и гидросферы, а также позднее возникшей биосферы — на процессы, происходящие в земной коре.

Согласно современным представлениям, в центре Земли находится ядро, внутренняя часть которого представляет собой твердое тело, на 80% состоящее из железа и на 20% — из никеля. Ядро занимает 16% земного шара по объему и 31,5% по массе. Внешняя часть ядра находится в жидком состоянии и содержит железо и жидкую смесь железа и серы. На чем основаны такие выводы? Ведь никто никогда не видел вещества ядра Земли.

Такое предположение основывается:

· во-первых, на результатах исследований глубинных структур Земли с помощью сейсмических волн,

· во-вторых, на отождествлении их состава и структур с составом метеоритов, которые образовались из того же протопланетного вещества, что и Земля,

· в-третьих, изучения магнитного поля Земли в далеком прошлом на основании измерения остаточной намагниченности земных пород.

Полагают, что на протяжении сотен миллионов лет происходило не только изменение напряженности магнитного поля Земли, но и смена ее полюсов. Последний такой случай произошел около 80 миллионов лет назад. Отсюда был сделан вывод, что изменения магнитного поля вызываются суточным вращением жидкой части земного ядра.

Температура внутреннего ядра составляет 4 500 °С, а внешней его части 3 200°С.

Выше ядра расположена сфера земной мантии.Объем мантии составляет 83% объема Земли, а масса – 67% массы нашей планеты. Мантия состоит в основном из силикатов, являющихся соединениями кремния; в нижней ее части преобладают, по-видимому, хондриты, подобные каменным метеоритам. Верхняя часть мантии непосредственно связана с земной корой.

В ней, во-первых, происходит образование пород, из которых складывается земная кора; во-вторых, именно кора вместе с частью подстилающей мантии образует литосферу(от litos - камень).Ее размеры достигают около 100 км, и под ее давлением литосфера как бы плавает в самой верхней части мантии, которую называют астеносферой. В нижней части мантии преобладают силикаты, которые под возросшим давлением сверху приобретают особо прочную структуру.

Земная кора. Земная кора занимает около 1% Земли по объему и около 0,5 % по массе. Французский геолог Гюстав Эмиль Ог (1861-1927) на основе открытий американских геологов Джеймса Холла (1811-98) и Джеймса Дана (1813 – 1895) выделил две основные группы тектонических структур: подвижные межматериковые прогибы (подвижные зоны земной коры) и «континентальные площади» – платформы. Межматериковые прогибы называют геосинклиналями (от греч. synklino — «наклоняюсь»). Они часто бывают заполнены осадочными толщами, мощность которых может составлять 15 – 20 км, тогда как на платформах — всего 2 - 8 км.

Протяженность геосинклинальных поясов нередко достигает 10 – 20 тыс. км, и они развивались многие сотни миллионов лет. В развитии геосинклиналей ученые наблюдают отдельные стадии. Первая стадия: геосинклиналь прогибается, и в ней накапливаются толщи отложений мощностью до 10 – 20 км. Вторая стадия: слои отложений, накопленные в геосинклинали, сминаются в складки и поднимаются, образуя горные хребты.

Последняя фаза – орогенная (от греч. oros – гора) – включает образование гор, когда геосинклинальный пояс медленно превращается в орогенный (горный) пояс. После этого подвижность земной коры в таких областях ослабевает, горы размываются, и геосинклиналь превращается в платформу – поверхность с очень медленными, слабыми вертикальными движениями. На платформах наблюдаются достаточно ровные слои осадочных горных пород мощностью 2 - 3 км.

Осадочный слой в геосинклиналях и на платформах подстилается «гранитным». Этот слой назван так потому, что скорости сейсмических волн в нем такие же, как в граните. Под ним залегает «базальтовый» слой, названный так опять по скоростям сейсмических волн. Действительный состав его неизвестен.

Океаническая кора устроена иначе, чем материковая, хотя тоже разделяется на три слоя. Гранитного слоя в ней нет совсем. Осадочный слой обычно очень тонок - менее 1 км. Под ним лежит слой, состав которого неизвестен, поэтому его называют просто вторым слоем. Третий слой — «базальтовый».

Промежуточная кора в разных местах имеет различное строение, промежуточное между материковой н океанической. Так, например, бывает, что в ней нет гранитного слоя, зато осадочный имеет огромную мощность – 20 км.

Платформы сложены материковой корой толщиной 30 - 40 км, причем гранитный и базальтовый слои здесь имеют примерно одинаковую толщину. Однако в горных странах толщина материковой коры доходит иногда до 70 км. Толщина океанической коры колеблется обычно от 3 до 7 км. Промежуточная кора имеет и толщину промежуточную между материковой корой и океанической.

Геосферные оболочки и их взаимодействие в ходе эволюции Земли.В настоящее время выделяют три основные геосферы, или внешние оболочки земли: атмосферу, гидросферу и литосферу. К ним добавляют еще биосферу, возникшую позже, но играющую первостепенную роль в жизни человечества

Воздушная оболочка Земли, атмосфера,по мнению ученых, сформировалась постепенно. Предполагают, что небольшое количество кислорода в атмосфере появилось первоначально вследствие усиленной дегазации земных пород, при которой из них выделялись пары воды и газы. Поскольку температура на поверхности Земли была более низкой, пары воды конденсировались в жидкость и образовали ее гидросферу. Атмосфера теряла легкие газы — водород и гелий, но сохраняла более тяжелые — кислород и азот. По гипотезе О. Ю Шмидта,образование газов и паров воды могло произойти за счет разогревания земных пород и слоев в результате радиоактивного распада веществ, содержащихся внутри Земли.

Однако в дальнейшем некоторая часть кислорода стала попадать в атмосферу благодаря разложению углекислого газа простейшими микроорганизмами, а в последующем значительное количество кислорода постоянно поступает в результате реакции фотосинтеза растений. Таким способом, возникшая жизнь на нашей планете поддерживала свое существование. Для понимания этих процессов имеет значение выдвинутая свыше двух десятилетий назад английским химиком Д. Лавлоком и американским микробиологом Л. Маргулис Гея-гипотеза (от греч. Гея – Земля). Согласно этой гипотезе, поддержание длительной неравновесности земной атмосферы обязано жизненным процессам, совершающимся на Земле.

В настоящее время атмосфера у поверхности Земли по химическому составу на 78,1% состоит из азота, на 21% из кислорода, на 0,9 % из аргона и незначительных долей процента других газов (водород, углекислый газ, гелий, неон). Плотность воздуха и его давление с высотой убывают, а температура хотя в целом понижается, но изменяется более сложным образом. В нижних слоях атмосферы содержится также водяной пар, который играет существенную роль в процессе обмена влагой и теплом с поверхностью Земли.

Именно этот обмен является основой круговорота воды, вызывая образование облаков и выпадение осадков. Вследствие неравномерного нагревания воздух в атмосфере находится в постоянном движении, образуя циклоны и антициклоны, которые определяют погоду на Земле, а во взаимодействии с водой океанов и морей существенно влияют на климат. Иногда в результате такого взаимодействия возникают штормы, ураганы, смерчи и другие разрушительные явления в природе.

На высоте около 25 км находится озоновый слой, который предохраняет все живое на Земле от губительных космических, рентгеновских и других жестких излучений. Атмосфера рассеивает солнечный свет и другие излучения.

Гидросфера, занимающая большую часть поверхности Земли (70%), по-видимому, возникла вместе с атмосферой на очень ранней стадии формирования нашей планеты, а быть может, даже вместе с самой Землей. В процессе формирования Земли сначала, по-видимому, из тяжелых частиц образовалось протоядро, которое присоединило к себе вещество, ставшее впоследствии мантией. Действие гравитационных сил привело к интенсивному сжатию вещества Земли, и как следствие, к ее уплотнению и уменьшению размеров. Одновременно с этим происходил процесс усиленной дегазации, при котором выделялись газы и пары воды. Попадая на поверхность планеты, где температура была более низкой, пары воды конденсировались в жидкость, легкие газы — водород, гелий и некоторые другие газы покидали планету, а более тяжелые кислород и азот удерживались гравитационными силами и составили в дальнейшем атмосферу Земли.

Атмосфера и гидросфера тесно взаимодействуют между собой, что наглядно подтверждается процессами круговорота воды и воздуха на планете. Одновременно с этим обе сферы оказывают заметное воздействие на литосферу, медленно, постепенно, но неуклонно меняя верхнюю часть земной коры. Сама кора состоит в основном из 8 химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия и калия, причем почти половину ее массы составляет кислород, содержащийся в окислах металлов.