Современные представления о строении Земли

Министерство образования  и науки Республики Татарстан

 

 

 

Альметьевсий государственный

нефтяной институт

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

 

 

 

на тему: «Современные представления о строении Земли»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студентка 3 курса

заочного отделения

Насыбуллин И.Я.

 

 

Проверил:  _______________

__________________________

__________________________

 

 

 

 

г. Альметьевск

2012

 

Содержание

 

1. Введение ………………………………………………………………………3
2. Устройство коры Земли ……………………………………………………...4
3. Устройство мантии Земли …………………………………………………...8
4. Устройство ядра Земли ……………………………………………………..10
5. Асимметричность процессов, протекающих в геосферах Земли ………..13
6. Земля – современная модель ……………………………………………….14
7. Заключение ………………………………………………………………….17
8. Список использованной литературы ……………………………………....18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Создание модели внутреннего  строения Земли - одно из самых больших  достижений науки XX столетия. Конечно, создавались модели и раньше. Но они основывались на догадках и на сравнительно небольшом количестве достоверных фактов. Больше было предположений. Нельзя сказать, чтобы сегодня все в строении Земли было бы ученым ясно и понятно. Недра таят огромный запас загадок. Но в принципе, я думаю, можно сказать, что современная модель уже вряд ли когда-нибудь существенно изменится так, как менялись модели прошлых, например, веков.

Но как же удалось  построить ее ученым? Может быть, люди прорыли шахту до центра земли  и исследовали каждый метр глубины? Такую работу не то что проделать - представить себе невозможно. Нам  бы еще многие годы пришлось гадать о строении недр, если бы к середине прошлого столетия не наметился новый подход к проблеме. Ученые стали рассматривать Землю как физическое тело в целом. Стали изучать физические процессы, которые происходят в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли. Заинтересовались тем, как реагирует наша планета на притяжение Луны с Солнцем, как воздействует на Землю межпланетная среда. Специалисты вплотную занялись изучением химического состава земной коры.

Пожалуй, изучение внутреннего  строения Земли лучше всего определяется именно известной сказочной формулой, вынесенной в заголовок. Ну, в самом деле: ни того, что там находится, ни того, в каком порядке это неизвестное распределяется по недрам, люди не знают. Так на что же надеются?

Правда, у нас уже есть примеры того, как, не объезжая Землю кругом, мудрый Эратосфен измерил планету. А европейские ученые сумели определить плотность Земли или, иными словами, «взвесили» планету без весов. Теперь осталось доказать, что плотность распределяется именно так, как предполагалось, то есть что в центре Земли имеется тяжелое плотное ядро.

Вот тут-то на помощь и  приходит физика. Оказывается, если положить оба шара на наклонную доску и  скатывать их, как на гонках, то один будет всегда чуть-чуть отставать от другого. Это и есть сплошной шар. Его момент инерции больше, чем у шара с тяжелым ядром и легкой оболочкой. Момент инерции как раз и есть та характеристика, которая зависит от распределения масс в системе тел или в одном теле. Зная его, можно судить о том, как устроено тело, не забираясь в его середину.

Наша Земля тоже не одиночка. Рядом с нею летает Луна. И ученые умеют определять моменты  инерции подобных систем. Интересно  отметить, что после всех расчетов момент инерции нашей планеты  оказался на семнадцать процентов меньше, чем он должен быть у сплошного шара массой и размерами равного Земле. Значит, у нашей планеты обязательно должно быть тяжелое ядро.

Согласно современным  геофизическим (сейсмологическим) данным в объеме Земли выделяются три  основные области: кора, мантия и ядро.

 

 

Устройство коры Земли

 

Самый верхний слой твердой  земли ученые назвали корой. Состав коры сложный. Больше всего в ней оказалось кислорода, кремния и алюминия. Потом шли остальные элементы, но их значительно меньше. Конечно, газ кислород содержится в коре не в чистом виде. Он входит в состав окислов. Ведь даже обыкновенный песок - это окисел кремния с всякими добавками. А простая глина - такой же окисел алюминия, но тоже с множеством добавок.

Состав и строение земли всегда интересовали человечество. Да и неудивительно - ведь именно кора, ее верхний слой обеспечивает человека всем необходимым для жизни. К сожалению, прошли те времена, когда каменный уголь и руду люди добывали прямо с поверхности, стоило лишь разворошить чуть-чуть пахотную землю или мох или другую какую-нибудь почву. Прошло время, когда нефть тугими фонтанами била из скважин, пробуренных на несколько десятков метров. Сейчас, чтобы найти полезные ископаемые, приходится тщательно изучать строение земной' коры и забираться в нее все глубже.

По данным сейсмических исследований выделяются два типа глубинного строения земной коры, отличающихся по мощности и структуре:

а) континентальный  тип – мощность 30-50 км до 60-80 км.

б) океанический тип – мощность 5-10 км.

Континентальная земная кора в наиболее полном ее виде делится на 3 основных геофизических «слоя», которые отличаются по упругим свойствам и плотностным характеристикам пород:

1. «Осадочный слой» («осадочный чехол», «неконсолидированная толща») сложена горизонтально или полого залегающими неметаморфизованными толщами осадочных и вулканогенных пород фанерозойского, реже – верхнепротерозойского возраста. Почти на 40%  территории России осадочный слой отсутствует – он выклинивается (смыт) на площадях, занимаемых древними щитами. В пределах складчатых поясов он развит спорадически, фрагментами.
2. Гранитный (гранулито-метаморфический) слой, представлен сильно дислоцированными и в разной степени метаморфизованными осадочными, эффузивными и интрузивными породами преимущественно кислого, т.е. гранитоидного состава. На щитах и значительных площадях складчатых поясов  он выходит на земную поверхность. Скорости продольных сейсмических волн от 5,5 до 6,3 км/с. Мощность в областях развития типичной континентальной коры 10-20 км, изредка – до 25 км.
3. Базальтовый (правильнее гранулито-базальтовый слой) нигде не обнажается и состоит, по косвенным данным, из глубокометаморфизованных пород гранулитовой фации и магматических пород существенно основного и частично ультраосновного составов со скоростями продольных волн от 6,5 до 7,3 км/с (в среднем 6,8-7 км/сек). Мощность от 15 до 25-30км.

Кора океанического типа образует ложе Тихого, Атлантического и Индийского океанов, где глубина превышает 3-4 км. По сейсмическим и геологическим данным она состоит из 3-х слоев.

Литосфера образуется в процессе остывания и кристаллизации частично расплавленного вещества мантии Земли. Ее часто называют «силикатным  льдом». Имеется в виду, что литосфера, состоящая в основном из силикатов, т.е. солей кремниевых кислот, содержащих SiO₄, формируется подобно образованию льда при замерзании воды. Ее формирование началось 4-3,5 млрд. лет тому назад. Около 2 млрд. лет ушло на формирование суперконтинента Пангеи. Последующая тектоническая деятельность Земли приводит к раскалыванию Пангеи и образованию новых суперконтинентов.

Современная история литосферы связана, прежде всего, с тектоникой океанических плит. При раздвижении литосферы вещество астеносферы внедряется в разломы рифтовых зон и, охлаждаясь, образует молодую океаническую литосферу. Океаническая кора способна надвигаться на концы континентальных плит, в результате чего образуются складчатые структуры. Обломки океанических литосферных плит, увлекаясь мантийными потоками, опускаются вплоть до ядра Земли, перемешиваются с другим мантийным веществом и вновь поднимаются на поверхность. Так осуществляются циклы тектонической деятельности Земли. В далеком будущем непременно произойдет их замедление вплоть до полной остановки.  

Океаническая  кора состоит в основном из базальта - пород вулканического происхождения, в которых преобладает полевой шпат и пироксен. Континентальная кора сложена главным образом из гранитов и магматических пород, содержащих преимущественно кварц, кальциевый полевой шпат, кислый плагиоклаз и слюду. Плотность океанической коры больше, чем плотность континентальной коры. Максимальная контрастность рельефа определяется тектонической активностью Земли и достигает 16 - 17 км. Со временем неровности рельефа уменьшаются, «растекаются» вследствие действия на земную кору гравитационных сил. По этой причине перепады высот в таких древних горных поясах как, например, Уральские горы, не превышает 2 км.

Согласно Альфреду Вегенеру, в глубоких недрах планеты залегает плотное вещество, которое он считал состоящим из никеля и железа и назвал нифе (никель-феррум); это можно считать аналогом ядра Земли в современном понимании. Железо-никелевое ядро облекается кремниево-магниевым слоем сима (силициум-магний). А на поверхности слоя сима — несплошной слой материков, сложенных сравнительно легким веществом сиаль (силициум-алюминий), который как бы плавает по поверхности более тяжелого слоя сима. Материки на своем переднем по ходу движения крае испытывают большое сопротивление подстилающих слоев, там породы сминаются в складки, образуются горы. Хороший пример: Америка движется от Европы и Африки на запад, и на ее переднем (западном) краю образовался Кордильерский горный пояс.

Теория покорила чуть не всех, ее приняли с восторгом. Но через 2-3 десятилетия, когда выяснилось, что физические свойства пород не допускают такого плавания, на теории дрейфа материков был поставлен жирный крест. И, как это часто бывает, вместе с водой выплеснули дитя: теория плоха, значит, материки двигаться вообще не могут. Лишь к 60-м годам, то есть всего 50 лет назад, когда была уже открыта общемировая система срединно-океанических хребтов, построили новую теорию, в которой от гипотезы Вегенера осталось изменение взаимного расположения материков, в частности, объяснение сходства очертаний континентов по обе стороны Атлантики.

Важнейшее отличие современной тектоники плит от гипотезы Вегенера состоит в том, что у Вегенера материки двигались по веществу, которым сложено океаническое дно, в современной же теории в движении участвуют плиты, в состав которых входят участки как суши, так и дна океана; а границы между плитами могут проходить и по дну океана, и по суше, и по границам материков и океанов.

Движение литосферных  плит происходит по астеносфере,  вдоль осей срединно-океанических хребтов площади литосферных плит постепенно увеличиваются. Этот   процесс получил название спрединг (английское spreading — расширение, распространение). Но поверхность земного шара не может увеличиваться.

Возникновение новых  участков земной коры по сторонам от срединно-океанических хребтов должно где-то компенсироваться ее исчезновением. Если мы считаем, что литосферные плиты достаточно устойчивы, естественно предположить, что исчезновение земной коры, как и образование новой, должно происходить на границах сближающихся плит. При этом могут быть три различных случая:

— сближаются два участка  океанической коры;

— участок континентальной  коры сближается с участком океанической;

— сближаются два участка  континентальной коры.

Процесс, происходящий при  сближении двух участков океанической коры, может быть схематически описан так: край одной плиты несколько поднимается, образуя островную дугу, край другой уходит под него; здесь уровень верхней поверхности литосферы понижается, формируется глубоководный океанический желоб. Таковы Алеутские острова и окаймляющий их с юга Алеутский желоб, Курильские острова и Курило-Камчатский желоб, Японские острова и Японский желоб, Марианские острова и Марианский желоб и т.д.; всё это в Тихом океане. В Атлантическом — Антильские острова и желоб Пуэрто-Рико, Южные Сандвичевы острова и Южно-Сандвичев желоб. Движение плит относительно друг друга сопровождается значительными механическими напряжениями, поэтому во всех этих местах наблюдаются высокая сейсмичность, интенсивная вулканическая деятельность. Очаги землетрясений располагаются в основном на поверхности соприкосновения двух плит и могут быть на большой глубине. Край плиты, ушедшей вглубь, погружается в мантию, где постепенно превращается в мантийное вещество. Погружающаяся плита подвергается разогреву, из нее выплавляется магма, которая изливается в вулканах островных дуг. Процесс погружения одной плиты под другую носит название субдукция (буквально — поддвигание).

Когда движутся друг другу  навстречу участки континентальной  и океанической коры, процесс идет примерно так же, как в случае встречи двух участков океанической коры, только вместо островной дуги образуется мощная цепь гор вдоль берега материка. Так же погружается океаническая кора под материковый край плиты, так же интенсивны вулканические и сейсмические процессы. Магма, которая не достигает земной поверхности, кристаллизуется, образуя гранитные батолиты. Типичный пример — Кордильеры Центральной и Южной Америки и идущая вдоль берега система желобов — Центральноамериканский, Перуанский и Чилийский. При сближении двух участков континентальной коры край каждого из них испытывает складкообразование, разломы, формируются горы, интенсивны сейсмические процессы. Наблюдается и вулканизм, но меньше, чем в первых двух случаях, так как земная кора в таких местах очень мощная. Так образовался Альпийско-Гималайский горный пояс, протянувшийся от Северной Африки и западной оконечности Европы через всю Евразию до Индокитая; в его состав входят самые высокие горы на Земле, по всему его протяжению наблюдается высокая сейсмичность, на западе пояса и на его юго-восточном продолжении в Зондском архипелаге есть действующие вулканы.