Состав и строение Земли

     Помимо  питья, человек использует воду в  лечебных и гигиенических целях. Для внутреннего и наружного  применения (бани, сауны, бассейны) широко используются также лечебные минеральные воды.  
Рассмотрим, чем лечебные и минеральные воды отличаются от пресных. К минеральным относятся воды, содержащие более 1 г/л солей. К лечебным минеральным относятся воды: 
- содержащие газы в концентрациях: диоксид углерода СО₂ - более 0,75 г/л, сероводород Н₂S - более 10 мг/л, радон - более 50 ед. Махе/л; 
- радиоактивные; 
- с повышенной температурой (субтермальные - 20-37°С, термальные - 37-42°С, гипертермальные - более 42°С).

     Лечебные  минеральные воды, по сравнению с  пресными, содержат дополнительные примеси. Использование таких вод для наружного и внутреннего применения без рекомендации врача недопустимо. 
Воды, используемые при водных процедурах, должны соответствовать требованиям, предъявляемым к питьевой воде, или, по крайней мере, быть безопасными в санитарно-гигиеническом отношении.

     Используемая  для питьевых и хозяйственно-бытовых  целей вода должна быть свободной от загрязнений, которые могут быть привнесены в них природными и антропогенными факторами. Природные факторы загрязнения воды связаны с ее высокой растворяющей способностью и составом залегающих горных пород. К антропогенным факторам относятся сточные воды (использованные на коммунально-бытовые цели, на нужды промышленности и сельского хозяйства, энергетики и транспорта), а также газовые выбросы, твердые и жидкие отходы.

2.3. Тепловая энергия Земли. 

     Весной 2001 года Александро Форте из университета 3ападного Онтарио и Джерри Митровица  из университета Торонто в Канаде представили свою собственную модель, согласно которой огромные потоки горячей породы (плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата. Первым толчком для создания этой модели послужили изображения внутренней структуры 3емли, полученные с помощью сейсмической томографии (многолучевого просвечивания Земли сейсмическими волнами

     24

от большого числа землетрясений, принимаемых  сетью сейсмостанций). Удивительные изображение мантии, от подошвы земной коры до границы «мантия-ядро», показывали, что на окраинах Тихого океана, глубоко под его дном, имеются две обширные дугообразные области, где скорости сейсмических волн увеличиваются, а под центральной частью Атлантического океана и под Африкой имеются две такие же огромные струеобразные области, в которых скорости сейсмических волн уменьшаются. Так как окраины Тихого океана являются зонами, где холодные плотные части тектонических плит опускаются в 3емлю, «быстрые» зоны четко отметили эти области, где плиты тяжелой материи опущены в 3емлю в направлении ее ядра. Согласно общепринятому мнению «медленные» области являются просто огромными инертными вкраплениями, которые остались, по существу, неизменными с момента формирования 3емли. Но Форте и Митровица доказали, что эти выделяющиеся особенности в действительности поднимаются к поверхности, подобно баллонам с горячим воздухом. Для обоснования своей модели они использовали результаты многочисленных исследований: от небольших вариаций вращении 3емли и гравитационного поля до драматических прогибов континентальных областей, таких как Южная Африка, которая теперь находится на 1 000 м выше, чем Северная. Согласно их гипотезе твёрдая 3емля «вспенивается» своеобразным 4-поршневым тепловым двигателем (с двумя огромными опускающимися холодными плитами и с двумя такими же огромными поднимающимися горячими потоками), который, собственно, и передвигает континенты, и «управляет» землетрясениями, и даже влияет на изменения климата.

       
     И хотя ученым предстоит еще немало поработать, чтобы выведать все тайны земных недр, уже теперь мы знаем, что наша планета активна и динамична, что она изменялась и развивалась с момента своего образования и до сих пор не обнаруживает признаков спокойствия.

 
     С каждым годом 3емля изучается все  более деталь но, с развитием науки  меняются представления о нашей  планете. Еще каких-нибудь 100 лет  назад роль вертикально направленных тектонических движений и вулканизма в развитии земной коры считалась  решающей. В середине ХХ века с открытием срединно-океанических хребтов произошла коренная перестройка в представлениях об эволюции 3емли. Создание теории литосферных плит стало настоящим прорывом в понимании многих явлений, касающихся внутреннего строения планеты. Однако, решив массу «вечных» геологических и геофизических проблем, тектоника литосферных плит породила не меньше новых вопросов, на которые не было ответа.

  
      Согласно теории литосферных плит Земля - это огромная тепловая машина, в которой мантия играет роль котла, а плиты - шатунов. Магма

25

прорывается сквозь срединно-океанические хребты, застывая, раздвигает литосферные плиты, заставляя  двигаться континенты. Взаимодействие плит и определяет характер земной коры. Считалось, что континенты не оказывают никакого влияния на движения литосферных плит. Вместе с тем было хорошо известно, что тепловой поток, идущий из мантии, над океанами в 3 раза больше, чем над континентами. То есть континенты можно сравнить с огромными крышками, которые задерживают тепло, перераспределяя тепловой поток, что должно очень существенно влиять на всю мантийную конвекцию.

 
     Моделирование процессов, происходящих в нагреваемых жидкостях определённого  объема и вязкости, проводилось неоднократно и ранее. Известно, что в нагреваемой жидкости, возникают конвективные потоки. Горячее вещество поднимается (восходящий поток), растекается в стороны, охлаждается и опускается вниз (нисходящий поток), то есть происходит своеобразный круговорот. Эти конвективные ячейки, образующиеся в наrреваемой жидкости, еще в начале прошлого века открыл Бинар, а математическую теорию процесса построил Рэлей, именно поэтому ячейки получили название Бинара-Рэлея. Подобные и гораздо более сложные модели неоднократно использовались в теории литосферных плит для описания происходящих с Землей процессов. Однако до сих пор никак не учитывалась роль континентов, перераспределяющих тепло. Компьютерное моделирование, где в качестве 3емли выступала вязкая оливиновая (оливин - широко распространенный минерал из семейства силикатов) сфера, нагреваемая до температуры, близкой к температуре плавления, с плавающими на ее поверхности континентами, дало поразительные, ошеломляющие результаты. На наших глазах развернулась реальная жизнь 3емли: зарождение и распад Пангеи (последнего суперматерика), образование современных океанов и материков, океанической и континентальной земной коры, срединно-океанических хребтов, зон субдукции - стали воочию видны механизмы, причины и физический смысл всех этих процессов и явлений. Главное же, что были осязаемые подтверждения того, что все эти математические построения - не плод фантазии, а вполне жизнеспособная, работающая теория. Так, теоретическая модель, просчитанная с помощью уравнений, в которых использовался минимум сейсмических данных, показала, например, почти полное совпадение плотности теплового потока в каждой точке 3емли, как виртуальной, так и реальной. Точно так же и гравитационное поле модели хорошо согласовалось с данными многочисленных измерений. А расчеты движения материков, полученные на математических моделях, были подтверждены материалами спутниковых наблюдений. Сейчас уже можно сказать, что моделирование процессов, идущих в литосфере с учетом влияния континентов, позволило создать новую теорию геологической

эволюции 3емли.

26

  
      Оказалось, что континент, плавающий на поверхности вязкой, нагреваемой жидкости, затягивается на нисходящий холодный поток, словно в водоворот. Здесь он задерживает идущее из мантии тепло и создает таким образом условия для того, чтобы мантийное вещество под ним прогрелось и на месте нисходящего образовался горячий восходящий поток. Процесс этот длительный, занимающий порядка 200 млн. лет. За это время избыток тепла в мантии формирует восходящий поток, который в свою очередь приподнимает материк, сдвигает его, и континент дрейфует к другому нисходящему потоку, где все повторяется сначала.

 
      Если бы материк был один, то он бы так и перемещался  от одного холодного потока  к другому. Но на нашей планете  6 материков, поэтому мы получаем более сложную картину их взаимодействия. Происходит это следующим образом. Каждый из шести материков занимает свой нисходящий поток, однако потоки эти не равноценны, всегда существует какой-то более мощный, который, удерживая один континент, одновременно подтягивает к себе и другой, расположенный по соседству. Причем этот второй материк, перемещаясь, увлекает за собой и «свой» нисходящий поток, на котором он находится. В результате два континента объединяются, оба нисходящих потока сливаются в один, образуя еще более мощный «водоворот», в который вовлекаются все новые континенты, и процесс становится лавинообразным. Все 6 материков, стремящихся к одной точке, формируют единый суперконтинент. Эта гигантская суша становится преградой для мантийного тепла, которое по мере аккумуляции разогревает вещество мантии и создает под континентом мощный восходящий поток, или плюм. Именно плюм, образовавшийся в мантии от избытков тепла, и разрывает единый материк, заставляя его осколки дрейфовать в разные стороны. Итак, Земля - это тепловая машина, в которой тепло преобразуется в энергию движения. Для того чтобы движение этой машины состоялось, необходим поршень, «парораспределитель», направляющий «пар» то с одной стороны, то с другой. Таким регулятором и являются континенты, которые распределяют тепловой поток и заставляют литосферу 3емли все время меняться и находиться в постоянном движении, от объединения материков в единый континент до его распада и образования затем нового суперматерика. Именно благодаря материкам сформировались современный лик 3емли и ее литосфера.

 
      Можно уже говорить и о  том, что новая теория эволюции 3емли объясняет физический смысл  геологических периодов, выявляя  связь между процессами, идущими  в мантии, колебаниями уровня  Мирового океана и сменой разнообразия и количества видов животных и растений. Математические модели показывают, что континенты в момент образования Пангеи подняты относительно уровни моря не очень высоко, они начинают

27

«расти» по мере перегрева мантийного вещества - их поднимает плюм, то есть уровень Мирового океана понижается перед расколом Пангеи и в момент раскола, затем материки возвращаются в исходное положение и даже несколько погружаются, что разумеется, сопровождается подъемом океанских вод. Эти расчетные колебания уровня Мирового океана вполне согласуются с геологическими данными и находятся в тесной связи со сменой палеонтологических и геологических формаций. Таким образом, по одной только кривой изменений уровня Mирового океана можно говорить о том, что примерно 800 млн. лет назад существовал предыдущий суперконтинент - Родиния. Это подтверждается и другими исследованиями. Родиния, по всей вероятности, располагалась на месте нынешнего Тихого океана. Остатки плюма, уничтожившего Родинию, мы наблюдаем в мантии и сейчас - ведь время жизни этого гигантского образовании- 1 млрд. лет. А остатки плюма, расколовшего Пангею, ныне находятся под Африкой. Они тоже хорошо различимы в мантии. Именно по этой причине Африканский континент до сих пор поднят выше всех остальных материков. Тектоника литосферных плит многое объясняла хаотическими движениями в литосфере. Теперь становится понятным, что все перемещения, наблюдаемые в мантии и земной коре, - не хаотичны, а закономерны, они подчиняются строгим физическим законам, описываются уравнениями и но многом предсказуемы. Важно подчеркнуть, что созданная единая теория эволюции Земли, с которой в ближайшие десятилетии будет работать научное сообщество, не отрицает предыдущие теоретические наработки (в частности, тектонику литосферных плит), а включает и обобщает их». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

28

Заключение

Исследование  строения и состава Земли относится  к наиболее крупным и актуальным направлениям геологических и других наук. Новая стратификация мантии Земли позволяет значительно менее схематично, чем прежде, подойти к сложной проблеме глубинной геодинамики. Различие в сейсмических характеристиках земных оболочек (геосфер ), отражающих различие в их физических свойствах и минеральном составе, создает возможности для моделирования геодинамических процессов в каждой из них в отдельности. От дальнейшего развития сейсмотомографии, как и некоторых других геофизических исследований, а также детального изучения атмосферы и гидросферы и минерального и химического состава глубин будут зависеть существенно более обоснованные построения в отношении состава, структуры, геодинамики и эволюции Земли в целом.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список используемой литературы: 

1. Пущаровский Д.Ю. Глубинные минералы Земли. М.:Природа. 1980. N 11. С. 119-120.

     2. Воронцов А.И., Харитонова Н.З. Охрана природы.  М.: Высшая школа. 1971. 316 стр.        

     3. Джеффрис Г. Земля, ее происхождение, история и строение: Пер. с англ. М., 1960. 786 стр.

4. Хаин В.Е., Михайлов А.Е. Общая геотектоника. М., 1985. 405стр.

5. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М.: Центр. 1998. 279 стр.

6. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Культура и спорт, ЮНИТИ. 1997.

7. Ляпушкин  И.И. Эволюция зарождения жизни на Земле. М.: Высшая школа. 1968. 450 стр.

8. www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/ATMOSFERA_ZEMLI.html
9. www.galspace.spb.ru/index14.html

     10. www.kabinetgeo.narod.ru/lech8_m.htm