Внутренние оболочки Земли

Форма и размеры Земли

Форма Земли близка к трехосному эллипсоиду вращения с полярным сжатием. Иногда форму Земли именуют сфероидом. Земная поверхность осложнена глубо- кими океаническими впадинами (до 12 км) и высокими горными системами на материках (до 9 км), поэтому истинную, присущую только Земле форму, называют геоидом.

Размеры Земли можно охарактеризовать следующими цифрами: Полярный радиус 6 357 км.

Экваториальный радиус 6 378 км.

Средний радиус 6 371 км.

Окружность по экватору 40 008 км.

Площадь поверхности 510 млн. км2.

Объем Земли 1 083 млрд. км3.

Масса Земли 5,98·1027т.

Плотность Земли – 5,52 г/см3. От поверхности вглубь Земли ее плотность увеличивается:

Плотность поверхностных слоев Земли составляет – 2,66 г/см3; – на глубине 500 км – 3,33 г/см3;.

– на глубине 800 км – 3,76 г/см3;

– на глубине 1300 км – 5,00 г/см3;

– на глубине 2500 км – 7,40 г/см3;

– на глубине 5000 км – 10,70 г/см3;

– на глубине 6371 км – до 13,00 г/см3.

Самые глубокие шахты имеют глубину около 4 км, а скважины – 12 км. Земля состоит из оболочек (геосфер) – внутренних (рис. 1) и внешних. Внутренние оболочки изучает геология, внешние – география, а их взаимодействие исследуются этими науками в разных аспектах.

Внутренние оболочки Земли

В настоящее время геологам относительно хорошо известно внутреннее строение на основе косвенных (сейсмических) данных, которые позволяют «за- глянуть» в недоступные глубины планеты. Сейсмическиеволны(греч. «сейсма» – сотрясение) возникают в Земле при землетрясениях, ядерных и крупных промышленных взрывах, пронизывают всю Землю, преломляясь, отражаясь на разных границах смены состояния и плотности вещества.

В конце ХХ века ученые пришли к выводу, что необходимо выделять внутренние оболочки (сверху – от земной поверхности, вглубь) по следующим свойствам:

1 – по скорости сейсмических волн, которая зависит от состояния и плотности вещества – оболочки I порядка: земнаякора, мантияиядро (рис.1, 2); 2 – по пластичности (реологическим свойствам): лито-, астено- имезосферы.

Основные характеристики внутренних оболочек приведены в табл. 1.

Земнаякора (слой А) – верхний слой Земли имеет нижнюю границу или подошву по слою (поверхности) Мохоровичича, где отмечено скачкообразное увеличение скорости распространения упругих (сейсмических) продольных волн с 6,7 до 8,2 км/с и плотности горных пород с 2,9 до 3,5 г/см3(рис. 2). Синоним границы Мохоровичича – подошваземнойкоры.

Мощность земной коры неодинакова: в высокогорных районах составляет до 70…75 км, на равнинах – 30…35 км, а под дном океана – 5…6 км (в пределах срединно-океанических хребтов СОХ).

В земной коре выделяются оболочки II-го порядка:

– стратисфера (лат. «стратум» – слой, покрывало) – осадочный слой, состоящий из осадочных горных пород мощностью от 0 (в пределах щитов и антиклинориев) до 20…25 км (в Прикаспийской низменности);

– «гранитный» («гранито-гнейсовый») слой, сложенный породами типа гранита. Он прерывист и распространен в основном под материками, а в глубоководных участках океана отсутствует. Мощность изменяется от 10 км на равнинах до 30…40 км под горными районами;

– «базальтовый» («гранулит-базитовый»)слой, залегающий под гранитным слоем сплошной оболочкой. Мощность слоя до 30 км на материках и до 15 км под дном океана.

Мантия располагается на глубине 33…2900 км и состоит из двух основных частей – верхней (слой B) до глубины 400 км и нижней (слой D) с подошвой ~ 2900 км. В мантии распространены ультраосновные породы, поэтому оболочку нередко называют перидотитовойили каменной. Верхняя мантия состоит из Si, Mg и Fe, из минералов преобладают форстерит и фаялит. В верхней мантии, находится астеносфера(от греч. «астянос» – слабый) – слой менее плотных и как бы «размягченных» пластичных горных пород, в пределах которого уменьшается скорость сейсмических волн на 0,1…0,5 км/с (см. рис. 2). Считается, что в астеносфере 1…10 % вещества находится в расплавленном состоянии. Состояние астеносферы вязкое и более пластичное по сравнению с породами литосферы и подстилающей мантии. Верхняя граница астеносферы расположена на глубине около 100…150 км под материками и около 50…60 км под дном океана. Астеносфера играет большую роль в зарождении эндогенныхпроцессов: здесь формируются сейсмические и магматические очаги (очаги энергии), которые способствуют протеканию землетрясений, магматизма, вулканизма, метаморфизма и других процессов в литосфере и земной коре. Нижняя граница астеносферы – переходной слой мантии (слой Голицына – слой С), проходит на глубине 400…1000 км.

Наружная каменная и самая хрупкая оболочка Земли, расположенная выше астеносферы, получила название литосфера(см. рис. 2).Она объединяет земную кору, подкорковую часть верхней мантии и подстилается астеносферой. Хрупкая литосфера разбита на литосферныеплиты, которые ограничены современными сейсмическими зонами (землетрясений и вулканизма); каждая плита, за исключением Тихоокеанской, включает в себя участки с океаническим и континентальным типом земной коры.

Поскольку в астеносфере зарождаются, а в литосфере наиболее активно про- являются эндогенные процессы, то эти две отличающиеся пластичностью оболочки объединяют под названием тектоносфера. Тектоносфера характеризуется вертикальной и горизонтальной неоднородностью физических свойств, а также неоднородностью состава пород.

Нижняя мантия состоит из Mg, Fe, Ni. Под действием очень высоких давлений происходит распад минералов на простые оксиды с плотнейшей упаковкой кристаллической решетки.

Ядро Земли начинается с глубины 2900 км. Внутреннее ядро находится в твердом состоянии, внешнее ядро – в жидком. Масса ядра составляет ~ 32 % мас- сы Земли, а объем ~ 16 %. Ядро почти на 90 % состоит из Fe, Ni, O2, S, C и H2. Радиус внутреннего ядра (слой G), состоящий из железо-никелевого сплава составляет 1200…1250 км, переходный слой (слой F) имеет мощность 300…400 км, радиус внешнего ядра (слой E) составляет 3450…3500 км.

Таким образом, оболочки Земли находятся в твердом состоянии за исключением внешнего ядра, состоящего из расплавленного жидкого вещества, и твердой пластичной астеносферы, вещество которой находится тоже в частично (до 10 %) расплавленном состоянии. Деятельность человека протекает в пределах верхних каменных оболочек – земной коры и литосферы.