Название оболочек земли. Географическая оболочка земли

Наконец, весьма резкий скачок происходит на глубине 2900 км. Часть земного шара, заключенная между подошвой земной коры, на глубине 50-60 км, и глубиной 2900 км, называется оболочкой Земли. Часть земного шара, заключенная внутри поверхности раздела на глубине больше 2900 км, называется ядром Земли, а сама поверхность раздела - границей ядра.

Ядро Земли состоит из такого вещества, которое не сопротивляется изменению формы, т.е. оно ведет себя по отношению к сейсмическим колебаниям, как жидкое или газообразное тело.

Верхний покров земного шара, слагающий континенты и ложа океанов, делится на два основных слоя. Самый верхний слой континентальной части земной коры состоит в основном из напластований так называемых осадочных пород и пород, близких по составу к гранитам. Поэтому верхний слой обычно называется гранитным, хотя нужно помнить, что это название условное, так как в этом слое имеются и другие породы, а состав его может несколько меняться от района к району.

Ниже лежит так называемый базальтовый слой. Основную роль в его строении играют породы, богатые магнием и железом и бедные кремнекислотой. Это разновидности базальтовой группы пород, и поэтому нижний слой коры получил название базальтового. Этот слой отделяется от ниже идущих пород подкорового слоя поверхностью, отчетливо различаемой сейсмическими волнами. Эта поверхность называется поверхностью С. Мохоровичича, по имени югославского ученого, открывшего ее. Скорость сейсмических волн глубже поверхности раздела сразу увеличивается до 8 км\сек, что обусловлено увеличением плотности вещества Земли.

Вещество земной коры находится в кристаллическом состоянии. Толщина земной коры меньше под океанами, чем под континентами. Возможно, что под дном Тихого океана вообще отсутствует гранитный слой.

Самая верхняя часть земной коры в значительной мере состоит из слоистых осадочных пород, образовавшихся путем осаждения различных мелких частиц в морях и океанах. В них захоронены остатки животных организмов и растений, населявших прежде земной шар. Общая мощность осадочных пород не превосходит 12-15 км. Их последовательно идущие напластования и содержащиеся в них окаменелости животных и растений позволяют ученым-геологам восстанавливать историю развития жизни на Земле.

Верхняя часть внутренней оболочки Земли по химическому составу ближе всего к составу горных пород, известных под названием перидотитов и пироксенитов, очень богатых магнием и железом и отличающихся значительным удельным весом.

Мы имеем некоторые доказательства реального существования этой подкоровой оболочки. В массах пород, заполняющих вертикальные алмазоносные «трубки» Кимберли в Южной Африке, а также в алмазных копях Якутии в изобилии находятся вынесенные с больших глубин куски оливиновых и перидотитовых пород. Это самые глубокие из известных нам материалов, слагающих Землю. Но методами современной геофизики мы познаем Землю и дальше вглубь, правда уже только в отношении распределения материала по плотности и упругости, не зная пока других его свойств.

Таким образом, можно считать, что внутренняя оболочка Земли простирается до глубины 2900 км. Вещество оболочки твердое, но обладающее пластичностью, в нижней части лишенное кристаллической структуры (аморфное). Состав ее, по-видимому, тот же, что и в самой верхней (подкоровой) части. Изменение плотности оболочки Земли связано не столько с изменением состава, сколько с давлением, которое достигает здесь огромной величины.

Так, например, давление на единицу поверхности равно:

Земное ядро обладает свойствами жидкости. Радиус земного ядра 3471 км. При переходе от оболочки к ядру резко изменяются физические свойства вещества. Причиной такого изменения является, вероятно, изменение атомной структуры под влиянием высоких давлений, достигающих около 3 млн. атмосфер. Температура внутри Земли повышается до 2000-3000°, при этом наиболее быстро температура повышается в земной коре, далее - значительно медленнее, а на больших глубинах остается постоянной.

Плотность Земли возрастает с 2,6 на поверхности до 6,8 на границе ядра Земли. В самом ядре плотность возрастает до 10, а в его центральных частях превышает 12.

До недавнего времени считали, что ядро имеет железный состав, аналогичный железным метеоритам, а оболочка - силикатный состав, соответствующий каменным метеоритам. Однако, согласно современным научным взглядам, причина резкого скачка плотностей и резкого уменьшения твердости у границы ядра Земли не в разделении вещества по химическому составу, а в физико-химическом процессе - частичном разрушении электронной оболочки атомов при критическом давлении, достигающем 1,4 млн. атмосфер.

Отрыв электронов от ядер под действием огромного давления и высокой температуры облегчает резкое уплотнение вещества и придает ему новые свойства, сходные в отношении твердости со свойствами жидких тел (способностью жидких тел, сохраняя объем, изменять первоначальную форму), а в отношении электропроводности - со свойствами металлов. Поэтому такое превращение называется переходом вещества в металлическую фазу.

Таким образом, условия существования материи в больших глубинах земного шара резко отличны от условий на земной поверхности и тех, которые мы можем пока создать путем опыта.

С каждым годом данные геофизики и астрофизики позволяют нам все лучше и лучше разбираться в строении земного шара, а это, в свою очередь, дает нам возможность видеть связь ряда важнейших геологических процессов, совершающихся в земной коре, с процессами, происходящими в глубинах земного шара.

Вот почему так важно и так интересно изучать строение нашей планеты.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Введение

1. Основные оболочки земли

2. Состав и физическое строение земли

3. Геотермический режим земли

Заключение

Список использованных источников

Введение

Геология - наука о строении и истории развития Земли. Основные объекты исследований - горные породы, в которых запечатлена геологическая летопись Земли, а также современные физические процессы и механизмы, действующие как на ее поверхности, так и в недрах, изучение которых позволяет понять, каким образом происходило развитие нашей планеты в прошлом.

Земля постоянно изменяется. Некоторые изменения происходят внезапно и весьма бурно (например, вулканические извержения, землетрясения или крупные наводнения), но чаще всего - медленно (за столетие сносится или накапливается слой осадков мощностью не более 30 см). Такие перемены не заметны на протяжении жизни одного человека, но накоплены некоторые сведения об изменениях за продолжительный срок, а при помощи регулярных точных измерений фиксируются даже незначительные движения земной коры.

История Земли началась одновременно с развитием Солнечной системы примерно 4,6 млрд. лет назад. Однако для геологической летописи характерны фрагментарность и неполнота, т.к. многие древние породы были разрушены или перекрыты более молодыми осадками. Пробелы должны восполняться посредством корреляции с событиями, происходившими в других местах и о которых имеется больше данных, а также методом аналогий и выдвижением гипотез. Относительный возраст пород определяется на основании комплексов содержащихся в них ископаемых остатков, а отложений, в которых такие остатки отсутствуют, - по взаимному расположению тех и других. Кроме того, абсолютный возраст почти всех пород может быть установлен геохимическими методами.

В настоящей работе рассмотрены основные оболочки земли, ее состав и физическое строение.

1. Основные оболочки земли

Земля имеет 6 оболочек: атмосферу, гидросферу, биосферу, литосферу, пиросферу и центросферу.

Атмосфера - внешняя газовая оболочка Земли. Ее нижняя граница проходит по литосфере и гидросфере, а верхняя - на высоте 1000 км. В атмосфере различают тропосферу (двигающийся слой), стратосферу (слой над тропосферой) и ионосферу (верхний слой).

Средняя высота тропосферы - 10 км. Ее масса составляет 75% всей массы атмосферы. Воздух тропосферы перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Над тропосферой на 80 км поднимается стратосфера. Ее воздух, перемещающийся лишь в горизонтальном направлении, образует слои.

Еще выше простирается ионосфера, получившая свое название в связи с тем, что ее воздух постоянно ионизируется под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей.

Гидросфера занимает 71% поверхности Земли. Ее средняя соленость составляет 35 г/л. Температура океанической поверхности - от 3 до 32°С, плотность - около 1. Солнечный свет проникает на глубину 200 м, а ультрафиолетовые лучи - на глубину до 800 м.

Биосфера, или сфера жизни, сливается с атмосферой, гидросферой и литосферой. Ее верхняя граница достигает верхних слоев тропосферы, нижняя - проходит по дну океанских впадин. Биосфера подразделяется на сферу растений (свыше 500 000 видов) и сферу животных (свыше 1 000 000 видов).

Литосфера - каменная оболочка Земли - толщиной от 40 до 100 км. Она включает материки, острова и дно океанов. Средняя высота материков над уровнем океана: Антарктиды - 2200 м, Азии - 960 м, Африки - 750 м, Северной Америки - 720 м, Южной Америки - 590 м, Европы - 340 м, Австралии - 340 м.

Под литосферой расположена пиросфера - огненная оболочка Земли. Ее температура повышается примерно на 1°С на каждые 33 м глубины. Породы на значительных глубинах вследствие высоких температур и большого давления, вероятно, находятся в расплавленном состоянии.

Центросфера, или ядро Земли, расположена на глубине 1800 км. По мнению большинства ученых, она состоит из железа и никеля. Давление здесь достигает 300000000000 Па (3000000 атмосфер), температура - нескольких тысяч градусов. В каком состоянии находится ядро, пока неизвестно.

Огненная сфера Земли продолжает охлаждаться. Твердая оболочкой утолщается, огненная - сгущается. В свое время это привело к формированию твердых каменных глыб - материков. Однако влияние огненной сферы на жизнь планеты Земля все еще очень велико. Неоднократно менялись очертания материков и океанов, климат, состав атмосферы.

Экзогенные и эндогенные процессы беспрерывно изменяют твердую поверхность нашей планеты, что, в свою очередь, активно влияет на биосферу Земли.

2. Состав и физическое строение земли

Геофизические данные и результаты изучения глубинных включений свидетельствуют о том, что наша планета состоит из нескольких оболочек с различными физическими свойствами, изменение которых отражает как смену химического состава вещества с глубиной, так и изменение его агрегатного состояния как функции давления.

Самая верхняя оболочка Земли - земная кора - под континентами имеет среднюю толщину около 40 км (25-70 км), а под океанами - всего 5-10 км (без слоя воды, составляющего в среднем 4,5 км). За нижнюю кромку земной коры принимается поверхность Мохоровичича - сейсмический раздел, на котором скачкообразно увеличивается скорость распространения продольных упругих волн с глубиной от 6,5-7,5 до 8-9 км/с, что соответствует увеличению плотности вещества от 2,8-3,0 до 3,3 г/см3.

От поверхности Мохоровичича до глубины 2900 км простирается мантия Земли; верхняя наименее плотная зона толщиной 400 км выделяется как верхняя мантия. Интервал от 2900 до 5150 км занят внешним ядром, а от этого уровня до центра Земли, т.е. от 5150 до 6371 км, находится внутреннее ядро.

Земное ядро интересовало ученых с момента его открытия в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за относительно малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Новые исследования способны обеспечить более детальную картину центра нашей планеты. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее), переход между которыми лежит на глубине 5 156 км.

Железо - единственный элемент, который близко соответствует сейсмическим свойствам земного ядра и достаточно обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, подобно гигантскому генератору, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в непосредственном соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные, направленные к поверхности Земли тепломассопотоки - плюмы.

Внешние : Атмосфера - воздушная оболочка Земли.

Гидросфера- водная оболочка Земли.

Биосфера- «сфера жизни», ее образуют живые организмы и среда, в которой они живут.

Эти оболочки проникают одна в другую и находятся в постоянном взаимодействии между собой, литосферой и мантией Земли, выражающемся в обмене материи и энергии. Взаимодействие связано не только с различием их физических свойств, но и состава.

Общим свойством внешних оболочек Земли является Их высокая подвижность, благодаря которой любое изменение состава каждой из них очень быстро распространяется часто на всю ее массу. Этим объясняется относительная однородность состава оболочек в каждый данный момент, несмотря на то, что в ходе геологического развития они испытали очень значительные изменения.

Внутренние : Земная кора- твердая, каменная оболочка Земли, состоящая из минералов и горных пород. Толщина ее колеблется от 5-10 км в океанах до 70- 80 км на материках.

Литосфера – это твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Мощность литосферы составляет в среднем 70 – 250 км

Мантия Поверхность Мохоровичича, наблюдаемая во всех областях земного шара, условно считается нижней границей земной коры. Под ней до глубины 2900 км расположена внутренняя оболочка Земли, или мантия.. Она разделяется на два слоя: верхнюю мантию и нижнюю мантию. Ученые считают, что верхняя мантия по химическому и минералогическому составам близка к горным породам, богатым магнием и железом, имеющим значительную плотность. Нижний слой оболочки отличается однородностью по сравнению с верхним.

Ядро Под мантией находится земное ядро. Внешняя часть земного ядра обладает свойствами жидкости: через него не проходят поперечные волны. Радиус земного ядра около 3470 км. При переходе от оболочки (мантии) к ядру резко изменяются физические свойства вещества. В ядре заключено еще внутреннее ядро Земли; его радиус около 1250 км.

Земля́ - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы. Чаще всего упоминается как Мир , Голубая планета, иногда Терра (от лат. Terra ). Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.

Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник - Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиардов лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле.

Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Ось вращения Земли наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год (365,24 солнечных суток). Луна - начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли.

5. Геологическая деятельность факторов внешней динамики Земли (экзогенные факторы).

Экзогенные процессы - это процессы внешней динамики. Они протекают на поверхности Земли или на небольшой глубине в земной коре под влиянием сил, вызванных энергией солнечной радиации, силы тяжести, жизнедеятельности растительных и животных организмов и деятельности человека. К этим процессам, преобразующих рельеф материков, относятся: выветривание, различные склоновые процессы, деятельность текучей воды, деятельность океанов и морей, озер, льда и снега, мерзлотные процессы, деятельность ветра, подземных вод, процессы, обусловленные деятельностью человека, биогенные процессы.

Все экзогенные процессы осуществляют геологическую работу по разрушению, переносу (денудации) и накоплению (аккумуляции) переносимого материала.

6. Геологическая деятельность факторов внутренней динамики Земли (эндогенные факторы).

Эндогенные процессы это процессы внутренней динамики, которые проявляются при воздействии внутренних сил Земли на твердую оболочку. К ним относятся: тектонические движения земной коры, магматизм, метаморфизм и землетрясения, которые представляют собой вид тектонических движений. Тектонические движения земной коры создают в течение длительного времени основные формы земной поверхности - гора или впадина, т.е. играют определяющую роль в формировании современного рельефа земной поверхности.

Продукты вулканической деятельности (это тоже эндогенные процессы) могут быть жидкими (лава), твердыми (вулканические бомбы, песок, пепел) и газообразными (фумаролы, сульфаторы). С деятельностью вулканов связаны многие горячие источники (термы) и их разновидность -гейзеры (периодически фонтанирующие), которые приносят на поверхность большое количество минеральных веществ.

Магматическая деятельность является основной причиной образования первичных магматических (гранит, базальт, мрамор и т.д.) и метаморфических горных пород, преобладающих в составе литосферы и возникновения горного рельефа.

7. Периодический закон географической зональности и его геофизическая сущность.

Зональность - изменение природных компонентов и процессов от экватора к полюсам (зависит от шарообразности формы Земли, угла наклона земной оси к плоскости эклиптики (орбитальное вращение), размера Земли, расстояния Земли от Солнца).

Впервые термин ввел Гумбольд в начале 18 века. Основоположник учения о зональности Докучаев.

По Докучаеву проявление зональности в: земная кора, вода, воздух, растительность, почвы, животный мир.

Периодический закон географической зональности - это наличие однотипных ландшафтных зон в разных поясах связанное с повторением одинаковых соотношений тепла и влаги. Этот закон сформировали А.А. Григорьев и М.И. Будыко.

Согласно периодическому закону географической зональности в основе деления географической оболочки лежат:

1) количество поглощаемой солнечной энергии;

2) количество поступающей влаги;

3) соотношение тепла и влаги.

Климатические условия географических поясов и зон можно оценить с помощью показателей: коэффициента увлажнения Высоцкого-Иванова и радиационного индекса сухости Будыко. Значение показателей определяют характер увлажненности ландшафтов: аридный (засушливый) и гумидный (влажный).

Географическая зональность присуща не только материкам, но и Мировому океану, в пределах которого разные зоны различаются количеством приходящей солнечной радиации, балансами испарения и осадков, температурой воды, особенностями поверхностных и глубинных течений, а следовательно, и миром живых организмов.

Под азональностью понимается распространение какого-то объекта или явления вне связи с зональными особенностями данной территории. Существуют две основные формы проявления азональности – секторность географических поясов и высотная поясность. Причина азональности – неоднородность земной поверхности: наличие материков и океанов, гор и равнин, своеобразие местных факторов: состава горных пород, рельефа, условий увлажнения и других особенностей.

Географическая зональность полнее всего выражена на самом крупном материке Земли – в Евразии – от арктического до экваториального пояса включительно. Наиболее ярко долготная дифференциация представлена в умеренном и субтропическом поясах Евразии, где отчетливо выражены все три сектора. В тропическом поясе выделяется два сектора. Слабо выражена секторность в экваториальном и приполярном поясах.

В низких широтах (примерно от 0° до 30°) фактором, лимитирующим произрастание растительности, является влага. Здесь наблюдаются следующие зоны: влажные экваториальные леса, тропические леса, листопадные леса, саванны, опустыненные саванны, тропические пустыни. В высоких широтах (примерно от 65° и выше) лимитирующим фактором является теплота - pppa.ru. Здесь сформировались лесотундры, тундры, арктические пустыни. Между высокими и низкими широтами в условиях субтропических и умеренных поясов наблюдаются разные сочетания тепла и влаги. Так, пустыни (субтропические и умеренного пояса) находятся в тех районах, где увлажнение недостаточное (к<1, r>1), а влажные субтропические, широколиственные, смешанные леса и тайга сформировались в районах с хорошим увлажнением (к и r близки к 1).

Следующее проявление азональности – высотная поясность – закономерная смена природных компонентов и природных комплексов с подъемом в горы от их подножья до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением температуры и до определенной высоты (до 2-3 км) увеличением осадков.

К азональным образованиям относят болота, поймы и террасы речных долин и ряд других природных комплексов.

Азональность – конкретная форма проявления зональности. Поэтому любой участок земной поверхности одновременно является зональным и азональным.

Интразональность - распространение каких-либо особенностей или компонентов природы (почв, растительности, ландшафтов) в виде отдельных участков, образующих закономерные вкрапления внутри одной или нескольких смежных географических зон. Интразональные явления несут отпечаток влияний природы окружающих их зон. И. - частный случай азональности.

ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ ЗОНАЛЬНОСТИ - закон, устанавливающий повторение на разных широтах географических зон, обладающих нек-рыми общими свойствами. Сформулирован А. А. Григорьевым и М. И. Будыко в 1956. П. з. г. з. развивает закон географической зональности В. В. Докучаева. Согласно П. з. г. з., в основе деления географической оболочки лежат: 1) количество поглощаемой солнечной энергии, возрастающее от полюсов к экватору и характеризуемое годовыми величинами радиационного баланса земной поверхности; 2) количество поступающей влаги, испытывающее ряд колебаний на фоне общего роста в том же направлении и характеризуемое годовыми суммами осадков; 3) соотношение тепла и влаги, точнее - отношение радиац. баланса к количеству тепла, необходимого для испарения годовой суммы осадков. Последняя величина, именуемая радиационным индексом сухости, колеблется от О до 5, трижды между полюсом и экватором проходя через значения, близкие к единице: в зонах лиственных лесов умеренного пояса, дождевых лесов субтрогического пояса и экваториальных лесов, переходящих в светлые тропические леса. Три периода радиац. индекса сухости имеют свои отличия. Вследствие возрастания в направлении экватора абс. величин радиац. баланса и осадков, каждое прохождение индекса сухости через единицу происходит при всё более высоком притоке тепла и влаги. Это приводит к увеличению от высоких широт к низким интенсивности природных процессов и особенно продуктивности органич. мира.

8. Основные характеристики Земли. Роль орбитального движения вокруг Солнца, суточного вращения и циклов солнечной активности в ритмике природных процессов и явлений.

Около 40000 километров. Географические оболочки Земли - это системы планеты, где все компоненты внутри взаимосвязаны и определены друг относительно друга. Выделяют четыре типа оболочек - атмосферу, литосферу, гидросферу и биосферу. Агрегатные состояния веществ в них встречаются всех типов - жидкие, твердые и газообразные.

Оболочки Земли: атмосфера

Атмосфера является внешней оболочкой. В ее состав вошли разные газы:

• азот - 78,08%;
• кислород - 20,95%;
• аргон - 0,93%;
• углекислый газ - 0,03%.

Помимо них встречаются озон, гелий, водород, инертные газы, но их доля в общем объеме составляет не более 0,01%. В состав этой оболочки Земли также входит пыль и водяной пар.

Атмосфера, в свою очередь, делится на 5 слоев:

• тропосфера - высота от 8 до 12 км, характерно присутствие водяного пара, формирование осадков, движение воздушных масс;
• стратосфера - 8-55 км, содержит озоновый слой, поглощающий УФ-излучение;
• мезосфера - 55-80 км, низкая по сравнению с нижней тропосферой плотность воздуха;
• ионосфера - 80-1000 км, в состав входят ионизированные атомы кислорода, свободные электроны и другие заряженные молекулы газов;
• верхняя атмосфера (сфера рассеяния) - более 1000 км, молекулы двигаются с огромными скоростями и могут проникать в космос.

Атмосфера поддерживает жизнь на планете, поскольку она способствует сохранению тепла на Земле. Также она не допускает проникновения прямых солнечных лучей. А ее осадки повлияли на почвообразовательный процесс и формирование климата.

Оболочки Земли: литосфера

Это твердая оболочка, слагающая земную кору. В состав земного шара входят несколько концентрических слоев с разной толщиной и плотностью. Также они имеют неоднородный состав. Усредненное значение плотности Земли - 5,52 г/см 3 , а в верхних слоях - 2,7. Это свидетельствует о том, что внутри планеты находятся более тяжелые вещества, нежели на поверхности.

Верхние литосферные слои имеют мощность 60-120 км. В них преобладают магматические горные породы - гранит, гнейс, базальт. Большинство из них в течение миллионов лет подвергалось процессам разрушения, воздействию давления, температур и превратилось в рыхлые породы - песок, глина, лёсс и т.д.

До 1200 км находится так называемая сигматическая оболочка. Основными слагающими ее веществами являются магний и кремний.

На глубинах 1200-2900 км находится оболочка, получившая название средняя полуметаллическая или рудная. В основном здесь содержатся металлы, в частности железо.

Ниже 2900 км располагается центральная часть Земли.

Гидросфера

Состав этой оболочки Земли представлен всеми водами планеты, будь то океаны, моря, реки, озера, болота, грунтовые воды. Располагается гидросфера на поверхности Земли и занимает 70% всей площади - 361 млн. км 2 .

В океане сосредоточено 1375 млн. км 3 воды, на поверхности суши и в ледниках - 25, в озерах - 0,25. По мнению академика Вернадского, большие запасы воды находятся в толще земной коры.

На поверхности суши воды задействованы в непрерывном водообмене. Испарение происходит в основном с поверхности океана, где вода - соленая. За счет процесса конденсации в атмосфере суша обеспечивается пресной водой.

Биосфера

Структура, состав и энергия этой оболочки Земли обусловливаются процессами деятельности живых организмов. Биосферные границы - поверхность суши, почвенный слой, нижняя атмосфера и вся гидросфера.

Растения распределяют и накапливают энергию Солнца в виде различных органических веществ. Живые организмы осуществляют миграционный процесс химических веществ в почве, атмосфере, гидросфере, осадочных породах. Благодаря животным в этих оболочках происходят газообмен, окислительно-восстановительные реакции. Атмосфера является также результатом деятельности живых организмов.

Оболочка представлена биогеоценозами, которые являются генетически однородными участками Земли с одним типом растительного покрова и населяющими животными. Биогеоценозы имеют свойственные для них почвы, рельеф и микроклимат.

Все оболочки Земли находятся в тесном непрерывном взаимодействии, которое выражается как обмен веществами и энергией. Исследования в области этого взаимодействия и выявление общих из принципов важно для познания почвообразовательного процесса. Географические оболочки Земли - уникальные системы, характерные только для нашей планеты.

Представления о внутренней неоднородности строения Земли и о её концентрически-зональном строении основаны на результатах комплексных геофизических исследований. Прямые свидетельства глубинного строения земных недр относятся к небольшим глубинам. Они получены в процессе изучения естественных разрезов (обнажений ) горных пород, разрезов карьеров, шахт и буровых скважин. Самая глубокая в мире скважина на Кольском полуострове углубилась в недра на 12 километров. Это составляет всего лишь 0,2% радиуса Земли (радиус Земли около 6 тыс. км.) (рис. 3.5.). Продукты вулканических извержений дают возможность судить о температурах и составе вещества на глубинах 50-100 км.

Рис. 3.5. Внутренние оболочки земли

Сейсмические волны. Главным методом исследования недр является сейсмический метод. Он основан на измерении скорости прохождения механических колебаний разных типов через вещество Земли. Этот процесс сопровождается выделением большого количества энергии и возникновением механических колебаний, которые распространяются в виде сейсмических волн во все стороны от места возникновения. Скорость распространения сейсмических волн весьма велика и в плотных телах, например в камне (в горных породах) достигает нескольких километров в секунду. Различают две группы сейсмических волн – объемные и поверхностные (рис. 3.6. и 3.7.). Слагающие Землю горные породы упруги и поэтому могут деформироваться и испытывать колебания при резком приложении давления (нагрузок). Внутри объема горных пород распространяются объемные волны. Они делятся на два типа: продольные (Р) и поперечные (S ) . Продольные волны в теле Земли (как и в любых других физических телах) возникают как реакция на изменение объёма. Подобно звуковым волнам в воздухе, они попеременно сжимают и растягивают вещество горных пород в направлении своего движения. Волны другого типа – поперечные возникают как реакция на изменение формы тела. Они колеблют среду, через которую они проходят, поперек пути своего движения.

На границе двух сред с разными физическими свойствами сейсмические волны испытывают преломление или отражение(P,S, PcP, PkP и т.д.). Геофизические исследования были дополнены термодинамическими расчетами и результатами физического моделирования и данными изучения метеоритов.

Полученные данные свидетельствуют о наличии в недрах Земли многочисленных субгоризонтальных границ раздела. На этих границах происходит изменение скоростей и направлений распространения физических волн (сейсмических, электромагнитных и др.) при их распространении вглубь планеты.

Рис. 3.6. Распространение сейсмических волн (О – очаг землетрясения).

Эти границы отделяют друг от друга отдельные оболочки – «геосферы», которые отличается друг от друга по химическому составу и по агрегатному состоянию вещества в них. Эти границы, отнюдь, не представляют собой привычные геометрически правильные бесконечно тонкие плоскости. Любая из этих границ – это некий объём недр, сравнительно небольшой по сравнению с объёмом разделяемых геосфер. В пределах каждого такого объёма происходит быстрая, но постепенная смена химического состава и агрегатного состояния вещества.

Недра Земли. По существующим представлениям земной шар разделен на ряд концентрических оболочек (геосфер), как бы вложенных друг в друга (рис.3.7., табл. 3.5.). «Внешние» оболочки и «внутренние» оболочки (иногда последние называют просто «недрами») отделены друг от друга поверхностью земли. Внутренние оболочки представлены, соответственно ядром, мантией и земной корой. Каждая из этих геосфер, в свою очередь имеет сложное строение. В модели Гутенберга-Буллена использована индексация гео­сфер, популярная и в настоящее время. Авторы выделяют: земную кору (слой А) - граниты, метаморфические породы, габбро; верх­нюю мантию (слой В); переходную зону (слой С); нижнюю мантию (слой D), состоящую из кислорода, кремнезема, магния и железа. На глубине 2900 км проводят границу между мантией и ядром. Ниже находится внешнее ядро (слой Е), а с глубины 5120 м - внутреннее ядро (слой G), сложенное железом:

- земная кора – тонкая внешняя каменная оболочка Земли. Она распространена от поверхности Земли вглубь до 35-75 км, слой A: Ср. толщина 6-7 км – под океанами; 35-49 км – под равнинными платформенными территориями континентов; 50-75 км – под молодыми горными сооружениями. Это самая верхняя из внутренних оболочек Земли.

мантия - промежуточную оболочку (35-75 км. до 2900 км) (слои В, С, D) (греч. “мантион” - покрывало): слои B (75-400 км) и C (400-1000 км) соответствуют верхней мантии; переходный слой D (1000-2900 км) - нижней мантии.

-ядро – (2900 км. – 6371 км.) слои E, F, G где: Е (2900-4980 км) – внешнее ядро; F (4980-5120 км) – переходная оболочка; G (5120-6371 км) – внутреннее ядро.

Ядро Земли . Ядро составляет 16,2% ее объёма и 1/3 массы. Оно, видимо, сжато у полюсов на 10 км. На границе мантии и ядра (2900 км) происходит скачкообразное понижение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с. Поперечные волны ниже этой границы раздела не проникают. Ядро не пропускает их сквозь себя. Это дало повод сделать вывод, что во внешней части ядра вещество находится в жидком (расплавленном) состоянии. Ниже границы мантии и ядра скорость продольных волн вновь нарастает - до 10,4 км/с. На границе внешнего и внутреннего ядра (5120 км) скорость продольных волн достигает 11,1 км/с. А потом до центра Земли почти не изменяется. На этом основании предполагается, что с глубины 5080 км вещество ядра вновь приобретает свойства очень плотного тела, и выделяется твердое внутреннее "ядрышко " с радиусом 1290 км. По мнению одних ученых, земное ядро состоит из никелистого железа. Другие утверждают, что железо, кроме никеля содержит примесь легких элементов - кремния, кислорода, возможно, серы и др. В любом случае железо как хороший проводник электричества может служить источником динамо-эфекта и образования магнитного поля Земли.

Действительно, с точки зрения физики, Земля в некотором приближении является магнитным диполем, т.е. своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Японские ученые доказывают, что ядро Земли постепенно увеличивается за счет дифференциации вещества мантии 12 . составляет 82,3% объема Земли. О ее строении и вещественном составе могут быть высказаны лишь гипотетические предположения. Они основаны на сейсмологических данных и материалах экспериментального моделирования физико-химических процессов, происходящих в недрах при высоких давлениях и температурах. Скорость продольных сейсмических волн в мантии нарастает до13,6 км/с, поперечных – до 7,2-7,3 км/с.

Мантия Земли (верхняя и нижняя ). Ниже раздела Мохоровичича между земной корой и ядром Земли находится мантия (до глубины около 2900 км). Это самая массивная из оболочек Земли – она составляет 83% объёма Земли и около 67% её массы. В мантии Земли по строению, составу и свойствам выделяют три слоя: слой Гуттенберга – В до глубины 200–400 км, слой Галицина – С до 700-900 км и слой D до 2900 км. В первом приближении слои В и С обычно объединяют в верхнюю мантию, а слой D рассматривают в качестве нижней мантии. В целом в пределах мантии плотность вещества и скорость сейсмических волн быстро возрастают.

Верхняя мантия. Считается, что верхняя мантия сложена магматическими горными породами, сильно обедненными кремнеземом, но обогащенными железом и магнием (так называемыми ультраосновными породами), главным образом перидотитом. Перидотит на 80% состоит из минерала оливина (Mg,Fe) 2 и на 20% из пироксена (Mg,Fe) 2 .

Земная кора отличается от нижележащих оболочек своим строе­нием и химическим составом. Подошва земной коры очерчивается сейсмической границей Мохоровичича, на которой скорости рас­пространения сейсмических волн резко возрастают и достигают 8 - 8,2 км/с.

Таблица 3.5. Распространенность горных пород в земной коре

(по А.Б. Ронову, А.А.Ярошевскому, 1976. и по В.В. Добровольскому, 2001)

	Группы пород	Распространенность, % объема земной коры	Масса, 10 18 т
	Пески и песчаные породы
	Глины, глинистые сланцы, кремнистые породы
	Карбонаты
	Соленосные отложения (сульфатные и галоидные горные породы)
	Гранитоиды, гранитогнейсы, кислые эффузивы и их метаморфические эквиваленты
	Габбро, базальты и их метаморфические эквиваленты
	Дуниты, перидотиты, серпентиниты
	Метапесчаники
	Парагнейсы и кристаллические сланцы
	Метаморфизованные карбонатные породы
	Железистые породы

Земная поверхность и примерно 25-километровая часть земной коры формируются под воздействием:

1)эндогенных процессов (текто­нические или механические и магматические процессы), благода­ря которым создается рельеф земной поверхности и формируются толщи магматических и метаморфических горных пород;

2) экзо­генных процессов , вызывающих денудацию (разрушение) и вы­равнивание рельефа, выветривание и перенос обломков горных пород и переотложение их в пониженных частях рельефа. В резуль­тате протекания весьма разнообразных экзогенных процессов фор­мируются осадочные горные породы, составляющие самый верх­ний слой земной коры.

Выделяют два основных типа земной коры: континентальный (гранито-гнейсовый) и океанский (базаль­товый) с прерывистым осадочным слоем. Переход от коры континентального типа к коре оке­анического типа представлен на рис. 3.8.

В континентальной коре выделяют три слоя: верхний - осадоч­ный и два нижних , сложенных кристаллическими породами. Мощ­ность верхнего осадочного слоя меняется в широких пределах: от практически полного отсутствия на древних щитах до 10 - 15 км на шель­фах пассивных окраин континентов и в краевых прогибах плат­форм. Средняя мощность осадков на стабильных платформах со­ставляет около 3 км.

Под осадочным слоем находятся толщи с преобладанием в них магматических и метаморфических горных пород гранитоидного ряда, относительно богатых кремнеземом. Местами в областях расположения древ­них щитов они выходят на земную поверхность (Канадский, Бал­тийский, Алданский, Бразильский, Африканский и др.). Породы «гранитного» слоя обычно преобразованы процессами региональ­ного метаморфизма и имеют очень древний возраст (80% континентальной земной коры древнее 2,5 млрд. лет).

Под «гранитным» слоем располагается «базальтовый» слой. Вещественный состав его не изучен, но судя по данным геофизических исследований, предполагается, что он близок с породами океанской коры.

Как континенталь­ная, так и океанская кора подстилаются породами верхней ман­тии, от которой они отделяются границей Мохоровичича (граница Мохо).

В целом Земная кора состоит преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. В ней пре­обладают кислород (43,13 %), кремний (26 %) и алюминий (7,45 %), главным образом представленные в форме оксидов, силикатов и алюмосиликатов. Средний химический состав земной коры приве­ден в табл. 3.6.

В земной коре континентального типа отмечается сравнительно высокое содержание долгоживущих радиоактивных изотопов урана 238 U, тория 232 Th и калия 40 K. Их наибольшая концентрация характерна для «гранитного» слоя.

Таблица 3.6. Средний химический состав континентальной и океанской коры
Оксиды и диоксиды
	континентальной	океанской

Океаническая кора отличается от континентальной по химическому составу и строению, но так же имеет трехслойное строение

Самый верхний слой - осадочный - представлен песчано-глинистыми и карбонатны­ми осадками, отложившимися на небольших глубинах. На больших глубинах отла­гаются кремнистые илы и глубоководные красные глины.

Средняя мощность океанских осадков не превышает 500 м и только у под­ножия материковых склонов, особенно в районах крупных речных дельт, она возрастает до 12 -15 км. Вызвано это своеобразной бы­стротечной «лавинной» седиментацией, когда практически весь терригенный материал, выносимый речными системами с конти­нента, отлагается в прибрежных частях океанов, на материковом склоне и у его подножия.

Второй слой океанской коры в верхней части слагается поду­шечными лавами базальтов. Ниже располагаются долеритовые дайки того же состава. Общая мощность второго слоя океанской коры составляет 1,5 км и редко достигает 2 км. Под дайковым комплек­сом располагаются габбро и серпентениты, представляющие собой верхнюю часть третьего слоя. Мощность габбро-серпентинитового слоя достигает 5 км. Таким образом, общая мощность океанской коры без осадочного чехла составляет 6,5 - 7 км. Под осевой частью срединно-океанских хребтов мощность океанской коры сокращается до 3-4, а иногда и до 2 - 2,5 км.

Под гребнями срединно-океанских хребтов океанская кора залегает над очагами базальтовых расплавов, выделившихся из вещества астеносферы. Средняя плотность океанской коры без осадочного слоя составляет 2,9 г/см 3 . Исходя из этого общая масса океанской коры составляет 6,4 10 24 г. Океанская кора формируется в рифтовых областях срединно-океанских хребтов за счет поступления базальтовых расплавов из астеносферного слоя Земли и излияния толеитовых базальтов на океанское дно.

Литосфера. Залегающую выше астеносферы твердую плотную оболочку (включая земную кору) называют литосферой (греч. "литос" - камень). Характерным признаком литосферы является её жесткость и хрупкость. Именно хрупкостью объясняется наблюдаемое блочное строение литосферы. Она разбита крупными трещинами – глубинными разломами на крупные блоки - литосферные плиты.

Благодаря глобальной системе механических напряжений, чьё возникновение связано с вращением Земли, литосфера расколота на фрагменты – блоки разломами субмеридиального, субширотного и диагонального направлений. Эти разломы обеспечивают относительную независимость движения блоков литосферы относительно друг друга, чем и объясняется разница в строении и геологической истории отдельных литосферных блоков и их ассоциаций. Разделяющие блоки разломы, являются ослабленными зонами, по которым поднимаются магматические расплавы и потоки паров и газов.

В отличие от литосферы вещество астеносферы не обладает пределом прочности и может деформироваться (течь) при действии даже очень небольших нагрузок.

Химический состав земной коры . Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .Самые распространенные химические элементы (рис. 3.10) на всей Земле это:

кислород (О 2) – составляет 47 масс % земной коры. Он входи в состав около 2 тысяч минералов;

кремний (Si) – составляет 29,5% и входит в более чем тысячу минералов;

алюминий (Аl) – 8,05%;

железо (Fe), кальций (Са), калий (К), натрий (Na), титан (Ti), магний (Mg) – составляют первые % массы земной коры;

На долю остальных элементов приходится около 1%.

А.Е. Ферсман предложил выражать числа кларка не в весовых, а в атомных процентах, что лучше отражает соотношения количеств атомов, а не их масс и сформулировал три основные закономерности:

1. Распространенность элементов в земной коре характеризуются большим контрастом, достигающим 10 10 .

2. Всего девять элементов O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, являются главными строителями литосферы, составляя 99,18% ее веса. Из них на первые три приходится 84,55%. На долю остальных 83 приходится менее 1% (рис.3.9.).

3. Ведущий элемент – кислород. Его массовый кларк оценивается в интервале 44,6 – 49%, атомный – 53,3 (по А.Е. Ферсману), а объемный (по В.М. Гольдщмидту) – 92%.

Таким образом, земная кора и по объему и по массе состоит главным образом из кислорода.

Если средние содержания элементов в коре в первом приближении можно считать неизменными на протяжении всей ее истории, то в отдельных ее участках идут периодические изменения. Хотя земная кора не является закрытой системой, ее обмен массами вещества с космосом и более глубокими зонами планеты пока не могут быть учтены количественно, выходят за пределы точности наших измерений и явно не повлияют на числа кларков.

Кларк . В 1889 г. американский геохимик Фрэнк Кларк впервые определил средние содержания химических элементов в земной коре. В честь него русский академик А.Е.Ферсман предложил называть "кларками " - средние содержания химических элементов в какой-либо природной системе - в земной коре, в горной породе, в минерале 13 . Чем выше природный кларк химического элемента, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так, кислород встречается почти в половине всех известных минералов. Любая территория, которая содержит более кларка данного вещества, является потенциально интересной, так как там могут иметься промышленные запасы данного вещества. Такие участки исследуются геологами с целью выявления месторождений полезных ископаемых.

Некоторые химические элементы (например, радиоактивные) со временем изменяются. Так, уран и торий, распадаясь, превращаются в устойчивые элементы - свинец и гелий. Это дает основание предполагать, что в минувшие геологические эпохи кларки урана и тория были, очевидно, значительно выше, а кларки свинца - ниже, чем сейчас. По-видимому, это относится и ко всем другим элементам, подверженным радиоактивным превращениям. Изотопный состав некоторых химических элементов со временем меняется (например, изотоп урана 238 U). Предполагают, что два млрд. лет назад атомов изотопа 235 U на Земле было почти в шесть раз больше, чем сейчас.