På et tidspunkt blev jeg også interesseret i, hvad der var under vores fødder, og begyndte at studere det nærmere. Studie problem indre struktur og sammensætningen af ​​vores planet har tiltrukket sig opmærksomhed fra videnskabsmænd siden oldtiden. De væsentligste resultater blev opnået i det 20. århundrede, fordi denne opgave med hensyn til kompleksitet og betydning er på linje med studiet af rummet.

Jordstudiemetoder

Når de studerer Jordens indre struktur, bruger de forskellige metoder, som kan kombineres i to grupper: metoder til direkte observation og metoder til indirekte forskning. Den første type er den nemmeste at forstå; videnskabsmænd studerer simpelthen sten, miner og materialer, der opnås ved at bore brønde. Interessant nok når de dybeste miner i dag en dybde på 6 km, oliebrønde - 9 km. Separat er det værd at nævne den meget interessante Kola superdybe brønd, der ligger på Kola-halvøen. Dens dybde når 12,5 kilometer, hvilket gør den til den dybeste brønd i verden. Den blev skabt specielt til forskningsarbejde. Kort sagt, ved direkte observation kan man lære om Jordens struktur i en dybde på omkring 20 kilometer.

Indirekte forskningsmetoder

En anden, mere kompleks, type forskningsmetode er indirekte metoder. De bruges til at studere Jordens indre, dvs. hvad er under 20 km. Her er deres liste:

• Seismisk.
• Gravimetrisk.
• Geomagnetisk.
• Geoelektrisk.

Den vigtigste af dem er seismisk, som bruger seismiske bølger, de ændrer deres udbredelseshastighed afhængigt af det materiale, de passerer igennem. Der er to typer af disse bølger: langsgående og tværgående.

Enkelt sagt gjorde denne metode det muligt at bestemme grænserne, der adskiller forskellige jordskaller fra hinanden, og at fastslå, hvilken tilstand de er i: tyktflydende, flydende, faste osv.

Bundlinie

I dag ved vi, at Jorden har tre skaller: skorpen, kappen og kernen. En seismisk model af Jordens indre struktur ligner den, der er vist i figuren ovenfor.

Udforskning af planeten Jorden i solsystemet: historie, beskrivelse af overfladen, opsendelse af rumfartøjer, rotation, kredsløb, præstationer, væsentlige datoer.

Vi taler om vores hjemmeplanet, så lad os se, hvordan udforskningen af ​​Jorden gik. Det meste af jordens overflade var blevet undersøgt i begyndelsen af ​​det 20. århundrede, inklusive dens indre struktur og geografi. Arktis og Antarktis forblev mystiske. I dag er næsten alle områder blevet fanget og kortlagt takket være fotografisk kortlægning og radar. Et af de sidste områder, der skulle udforskes, var Darien-halvøen, der ligger mellem Panamakanalen og Colombia. Tidligere var undersøgelsen vanskelig på grund af konstant regn, tæt vegetation og tæt skydække.

De dybe træk ved planeten er ikke blevet undersøgt i lang tid. Før dette studerede vi overfladeformationer. Men efter Anden Verdenskrig begyndte de geofysisk forskning. Til dette formål blev der brugt specielle sensorer. Men på denne måde var det muligt at betragte en begrænset del af det underjordiske lag. Det var kun muligt at komme igennem under den øverste skorpe. Maksimal dybde brønde – 10 km.

Hovedmål og præstationer inden for udforskning af jorden

Forskere er drevet til at udforske Jorden af ​​videnskabelig nysgerrighed såvel som økonomisk gevinst. Befolkningen stiger, så efterspørgslen efter mineraler, samt vand og andre vigtige materialer, stiger. Mange underjordiske operationer udføres for at søge efter:

• olie, kul og naturgas;
• kommercielle (jern, kobber, uran) og byggematerialer (sand, grus);
• grundvand;
• sten til ingeniørplanlægning;
• geotermiske reserver til elektricitet og varme;
• arkæologi;

Der var også behov for at skabe sikkerhed gennem tunneller, lagerfaciliteter, atomreaktioner og dæmninger. Og dette fører til behovet for at kunne forudsige styrken og tidspunktet for et jordskælv eller niveauet af underjordisk vand. Japan og USA er mest aktivt involveret i jordskælv og vulkaner, fordi disse lande oftest lider af sådanne katastrofer. Periodisk bores brønde til forebyggelse.

Metode og værktøjerUdforskning af jorden

Du bør vide, hvilke metoder der findes til at studere planeten Jorden. Geofysik bruger magnetisme, tyngdekraft, reflektivitet, elastiske eller akustiske bølger, varmestrøm, elektromagnetisme og radioaktivitet. De fleste af målingerne udføres på overfladen, men der er satellit- og underjordiske.

Det er vigtigt at forstå, hvad der er nedenunder. Nogle gange er det ikke muligt at udvinde olie kun på grund af en blok af andet materiale. Valget af metode er baseret på fysiske egenskaber.

Komparativ planetologi

Astronom Dmitry Titov om typerne af planeter i solsystemet, atmosfærens dynamik og drivhuseffekten på Mars og Venus:

Fjernmåling

Der anvendes EM-stråling fra jorden og reflekteret energi i en række forskellige spektralområder opnået af fly og satellitter. Metoderne er baseret på brug af kombinationer af billeder. For at gøre dette optages områder fra forskellige baner, og der oprettes tredimensionelle modeller. De udføres også med intervaller, hvilket giver dig mulighed for at spore ændringer (afgrødevækst over sæsonen eller ændringer på grund af storme og regn).

Radarstråler bryder gennem skyerne. Synlig sideradar er følsom over for ændringer i overfladens hældning og ruhed. En optisk-mekanisk scanner optager varm infrarød energi.

Landsat-teknologi bruges oftest. Disse oplysninger er opnået af multispektrale scannere placeret på nogle amerikanske satellitter placeret i en højde af 900 km. Optagelserne dækker et område på 185 km. Synlige, IR, spektrale, grønne og røde områder anvendes.

I geologi bruges denne teknik til at beregne relief, eksponering af bjergtærskler og litologi. Det er også muligt at registrere ændringer i vegetation og klipper, finde grundvand og fordeling af sporstoffer.

Magnetiske metoder

Lad os ikke glemme, at jordforskning udføres fra rummet, der ikke kun giver billeder af planeten, men også vigtige videnskabelige data. Du kan beregne jordens samlede magnetfelt eller specifikke komponenter. Den ældste metode er et magnetisk kompas. I dag bruges magnetiske vægte og magnetometre. Protonmagnetometeret beregner radiofrekvensspændingen, og den optiske pumpe overvåger de mindste magnetiske udsving.

Magnetiske undersøgelser udføres med magnetometre, der flyver på parallelle linjer i en afstand af 2-4 km og i en højde af 500 m. Jordbaserede undersøgelser undersøger magnetiske anomalier, der opstår i luften. De kan placeres på særlige stationer eller flyttende skibe.

Magnetiske effekter dannes på grund af magnetisering skabt af sedimentære bjergarter. Sten er ikke i stand til at bevare magnetismen, hvis temperaturen overstiger 500°C, hvilket er grænsen for en dybde på 40 km. Kilden skal placeres dybere, og forskerne mener, at det er konvektionsstrømme, der genererer feltet.

Tyngdekraftsmetoder

Rumudforskning af Jorden omfatter forskellige retninger. Tyngdefeltet kan bestemmes af ethvert objekts fald i et vakuum, ved at beregne perioden for et pendul eller ved andre metoder. Forskere bruger gravimetre - en vægt på en fjeder, der kan strække og komprimere. De virker med en nøjagtighed på 0,01 milligram.

Forskelle i tyngdekraften opstår på grund af det lokale plan. Det tager et par minutter at bestemme dataene, men det tager længere tid at beregne position og højde. Oftere end ikke stiger tætheden af ​​sedimentære bjergarter med dybden, fordi trykket stiger, og porøsiteten går tabt. Når elevatorer flytter sten tættere på overfladen, danner de unormal tyngdekraft. Negative anomalier er også forårsaget af mineraler, så forståelse af tyngdekraften kan indikere kilden til olie, såvel som placeringen af ​​huler og andre underjordiske hulrum.

Seismiske brydningsmetoder

Den videnskabelige metode til at studere Jorden er baseret på at beregne tidsintervallet mellem starten af ​​en bølge og dens ankomst. En bølge kan skabes af en eksplosion, en faldende vægt, en luftboble osv. For at søge efter det bruges en geofon (land) og en hydrofon (vand).

Seismisk energi ankommer til detektoren på forskellige måder. Først, mens bølgen er tæt på kilden, vælger den de korteste veje, men efterhånden som afstanden øges, begynder den at vakle. To typer bølger kan passere gennem en krop: P (primær) og S (sekundær). Førstnævnte fungerer som kompressionsbølger og bevæger sig ved maksimal acceleration. Den anden er forskydning, bevæger sig ved lav hastighed og er ikke i stand til at passere gennem væsker.

Hovedtypen af ​​overfladetype er Rayleigh-bølger, hvor en partikel bevæger sig langs en elliptisk bane i et lodret plan fra kilden. Den vandrette del er hovedårsagen til jordskælv.

De fleste oplysninger om jordens struktur er baseret på analyse af jordskælv, da de genererer flere bølgetilstande på én gang. De er alle forskellige i bevægelseskomponenter og retning. Tekniske undersøgelser involverer lavvandet seismisk brydning. Nogle gange er et simpelt slag med en forhammer nok. De bruges også til fejlsøgning.

Elektriske og EM metoder

Når man søger efter mineraler, afhænger metoder af elektrokemisk aktivitet, resistivitetsændringer og effekter Dielektrisk konstant. Selve potentialet er baseret på oxidationen af ​​den øverste overflade af metalliske sulfidmineraler.

Modstand bruger overførsel af strøm fra en generator til en anden kilde og bestemmer potentialforskellen. En stens resistivitet afhænger af porøsitet, saltholdighed og andre faktorer. Klipper med ler har lav resistivitet. Denne metode kan bruges til at studere undervandsfarvande.

Sounding beregner nøjagtigt, hvordan resistiviteten ændres med dybden. Strømme med en rækkevidde på 500-5000 Hz trænger dybt ind. Frekvens hjælper med at bestemme dybdeniveauet. Naturlige strømme induceres på grund af forstyrrelser i atmosfæren eller angreb af det øverste lag af solvinden. De dækker en bred vifte, så de giver dig mulighed for at udforske forskellige dybder mere effektivt.

Men elektriske metoder er ikke i stand til at trænge for dybt ind, derfor giver de ikke fuldstændig information om de nederste lag. Men med deres hjælp kan du studere metalmalme.

Radioaktive metoder

Denne metode kan identificere malme eller sten. Den mest naturligt forekommende radioaktivitet kommer fra uran, thorium og radioisotopen kalium. Et scintillometer hjælper med at opdage gammastråler. Den vigtigste emitter er kalium-40. Nogle gange bliver klippen bevidst bestrålet for at måle påvirkningen og reaktionen.

Geotermiske metoder

Beregning af temperaturgradienten fører til definitionen af ​​en anomali varmeflow. Jorden er fyldt med forskellige væsker, kemisk sammensætning og hvis bevægelse bestemmes af følsomme detektorer. Sporstoffer er nogle gange forbundet med kulbrinter. Geokemiske kort hjælper med at lokalisere industriaffald og forurenede steder.

Udgravning og prøveudtagning

At identificere forskellige slags brændstof, du skal have en prøve. Mange brønde er skabt på en roterende måde, hvor væske cirkuleres gennem boret til smøring og afkøling. Nogle gange bruges percussion, hvor en tung boremaskine sænkes og hæves for at skære klippestykker væk.

Konklusioner om jordens dybder

De lærte om formen i 1742-1743, og den gennemsnitlige tæthed og masse blev beregnet af Henry Cavendish i 1797. Senere fandt de ud af, at tætheden af ​​sten på overfladen er lavere end den gennemsnitlige tæthed, hvilket betyder, at data inde i planeten burde være højere.

Slutningen af ​​1500-tallet William Gilbert studerede magnetfeltet. Fra det øjeblik lærte vi om dipolens natur og ændringer i det geomagnetiske felt. Bølger af jordskælv blev observeret i 1900-tallet. Grænsen mellem skorpen og kappen er karakteriseret ved en stor stigning i hastigheden ved Mohorovic-diskontinuiteten med en dybde på 24-40 km. Grænsen mellem kappen og kernen er Gutenberg-diskontinuiteten (dybde – 2800 km). Den ydre kerne er flydende, fordi den ikke transmitterer tværgående bølger.

I 1950'erne Der har været en revolution i forståelsen af ​​vores planet. Teorier om kontinentaldrift udviklede sig til pladetektonik, det vil sige, at litosfæren flyder på asthenosfæren. Pladerne skifter og ny oceanisk skorpe dannes. Også litosfærer kan nærme sig, bevæge sig væk og styrte sammen. Mange jordskælv forekommer på subduktionssteder.

Den oceaniske skorpe blev opdaget gennem en række borehuller. I riftområder afkøles og størkner materiale fra kappebrønde. Efterhånden ophobes sedimenter, og der skabes et basaltfundament. Skorpen er tynd (5-8 km tyk) og næsten helt ung (mindre end 200.000.000 år gammel). Men relikvierne når en alder på 3,8 milliarder år.

Kontinental skorpe er meget ældre og mere kompleks at danne, hvilket gør det sværere at studere. I 1975 brugte et hold videnskabsmænd seismiske teknikker til at finde olieforekomster. De opdagede til sidst adskillige lavvinklede trækplader under Appalacherne. Dette påvirkede i høj grad teorien om kontinentdannelse.

JORDENS STRUKTUR.

Lad os tage på en imaginær rejse til Jordens centrum. Lad os forestille os, at vi bevæger os dybere og "passerer" jordens tykkelse i en slags fantastisk projektil sammen med heltene fra Jules Vernes bog "Rejsen til jordens centrum".

Jordens øverste dæksel er jordskorpen. Hvis man sammenligner Jorden med et æble, så vil jordskorpen kun være dens tynde hud. Men det er denne "hud", der er intensivt brugt af mennesker. Byer, planter og fabrikker er bygget på dens overflade, forskellige mineraler udvindes fra dens dybder, det giver mennesker vand, energi, tøj og meget, meget mere. Da jordskorpen er den mest øverste lag Jorden er blevet undersøgt bedst af alle. I dets dybder ligger meget værdifulde sten og mineraler for mennesker, som han har lært at bruge på gården.

Det øverste lag af jordskorpen består af ret bløde sten. De er dannet som et resultat af ødelæggelse hårde sten(f.eks. sand), aflejring af dyrerester (kridt) eller planter (kul), aflejring af forskellige stoffer til bunden af ​​have og oceaner ( salt).
Næste lag jordskorpen er granit. Granit kaldes en magmatisk bjergart. Det blev dannet af magma dybt i jordskorpen under forhold med høje temperaturer og tryk. "Magma" oversat fra græsk betyder "tyk salve." Det er et smeltet stof fra jordens indre, der udfylder revner i jordskorpen. Når det hærder, dannes der granit. Kemisk analyse af granit viser, at den indeholder en stor mængde af en række forskellige mineraler - silica, aluminium, calcium, kalium, natrium.

Efter "granit" laget er der et lag, der hovedsageligt består af basalt - en sten af ​​dyb oprindelse. Basalt er tungere end granit og indeholder mere jern, magnesium og calcium. Disse tre lag af jordskorpen - sediment, "granit" og "basalt" - gemmer alle de mineraler, som mennesket bruger. Tykkelsen af ​​jordskorpen er ikke den samme overalt: fra 5 km under oceanerne til 75 km under kontinenterne. Under havene er der som regel ikke noget "granit" lag.

Bag jordskorpen, hvis du bevæger dig mod jordens centrum, er det tykkeste lag af jorden kappe(videnskabsmænd siger "den mest magtfulde"). Ingen har nogensinde set hende. Forskere antyder, at det består af magnesium, jern og bly. Temperaturen her er omkring +2000° C!

Jordskorpen er adskilt fra den underliggende kappe af en stadig mystisk Moho lag(opkaldt efter den serbiske seismolog Mohorovicic, som opdagede det i 1909), hvor hastigheden for udbredelse af seismiske bølger stiger brat.

Per aktie Kåber tegner sig for omkring 67% af planetens samlede masse. Det faste lag af den øvre kappe, der strækker sig til forskellige dybder under havene og kontinenterne, sammen med jordskorpen kaldes litosfæren - Jordens hårdeste skal. Under det er der et lag, hvor der er et lille fald i udbredelseshastigheden af ​​seismiske bølger, hvilket indikerer en ejendommelig tilstand af stoffet. Dette lag, der er mindre tyktflydende og mere plastisk i forhold til lagene over og under, kaldes asthenosfæren. Man mener, at kappens substans er i kontinuerlig bevægelse, og det foreslås, at i de relativt dybe lag af kappen, med stigende temperatur og tryk, sker stoffets overgang til tættere modifikationer. Denne overgang bekræftes af eksperimentelle undersøgelser.

I den nederste kappe i en dybde på 2900 km er der et skarpt spring ikke kun i hastigheden af ​​langsgående bølger, men også i tæthed, og tværgående bølger forsvinder her helt, hvilket indikerer en ændring i klippernes materialesammensætning. Dette er den ydre grænse for Jordens kerne.

Forskere har fundet ud af, at temperaturen på sten stiger med dybden: I gennemsnit bliver Jorden for hver 30 m dybde varmere med 1 C. Kappen modtager en enorm mængde varme fra Jordens kerne, som er endnu varmere.

Ved enorme temperaturer bør kappeklipperne være i flydende, smeltet form. Men dette sker ikke, fordi de overliggende klipper lægger pres på kappen, og trykket i en sådan dybde er 13 tusind gange større end på overfladen. Med andre ord, for hver 1 cm 2 sten presses der 13 tons. Så meget vejer en KAMAZ lastet med asfalt. Derfor er klipperne i kappen og kernen tilsyneladende i fast tilstand. Den nederste og den øvre kappe skelnes.

Mantelsammensætning:
aluminium, magnesium, silicium, calcium

Folk har længe bemærket, at i bunden af ​​dybe miner er temperaturen på sten højere end på overfladen. Nogle miner måtte endda opgives, fordi det blev umuligt at arbejde der, da temperaturen nåede +50°C.

Jordens kerne- er stadig et mysterium for videnskaben. Med en vis sikkerhed kan vi kun tale om dens radius - cirka 3500 km og temperatur - omkring 4000 ° C. Dette er alt, hvad videnskaben ved om strukturen af ​​Jordens dybder. Nogle videnskabsmænd er af den opfattelse, at vores kerne består af jern, andre indrømmer den mulige eksistens af et enormt tomrum i midten af ​​vores planet. Den ydre og den indre kerne skelnes. Men Ingen ved rigtigt, hvordan Jordens kerne er endnu.

Jordens kerneåbnede i 1936. Det var ekstremt svært at afbilde det på grund af det lille antal seismiske bølger, der nåede det og vendte tilbage til overfladen. Derudover har kernens ekstreme temperaturer og tryk længe været svære at reproducere i laboratoriet. Jordens kerne er opdelt i 2 separate områder: væske ( YDRE KERNE) og hårdt ( BHUTPEHHE), overgangen mellem dem ligger i en dybde af 5156 km. Jern er et grundstof, der svarer til kernens seismiske egenskaber og er rigeligt i universet til at repræsentere cirka 35 % af dets masse i planetens kerne. Ifølge moderne data er den ydre kerne en roterende strøm af smeltet jern og nikkel, der leder elektricitet godt. Det er med det, at oprindelsen af ​​jordens magnetfelt er forbundet, i betragtning af at elektriske strømme, der flyder i den flydende kerne, skaber et globalt magnetfelt. Laget af kappen i kontakt med den ydre kerne er påvirket af det, da temperaturen i kernen er højere end i kappen. Nogle steder genererer dette lag enorme varme- og massestrømme rettet mod jordens overflade - faner.

INDRE SOLID KERNE ikke forbundet med kappen. Det menes, at dens faste tilstand, på trods af den høje temperatur, er sikret af det gigantiske tryk i Jordens centrum. Det er blevet foreslået, at kernen foruden jern-nikkel-legeringer også skulle indeholde lettere grundstoffer, såsom silicium og svovl, og eventuelt silicium og oxygen. Spørgsmålet om tilstanden af ​​jordens kerne kan stadig diskuteres. Når du bevæger dig væk fra overfladen, øges den kompression, som stoffet udsættes for. Beregninger viser, at i jordens kerne kan trykket nå op på 3 millioner atm. I dette tilfælde ser mange stoffer ud til at være metalliseret - de går over i metallisk tilstand. Der var endda en hypotese om, at Jordens kerne består af metallisk brint.

Kernesammensætning:
jern, nikkel.

Lithosfæren- dette er Jordens hårde skal, bestående af jordskorpen og den øverste del af kappen (fra det græske lithos - sten og sphaira - kugle). Man ved, at der er en tæt forbindelse mellem litosfæren og Jordens kappe.

Bevægelse af litosfæriske plader.

Mange forskere mener, at lithosfæren er opdelt af dybe forkastninger i blokke eller plader af forskellig størrelse. Disse plader bevæger sig gennem det flydende kappelag i forhold til hinanden. Litosfæriske plader er kontinentale og oceaniske (vi talte lidt om, hvordan de adskiller sig). Når kontinentale og oceaniske plader interagerer, flytter den ene over på den anden. På grund af dens mindre tykkelse ser kanten af ​​oceanpladen ud til at "dykke" under kanten af ​​kontinentalpladen. Dette skaber bjerge dybhavsgrave, ø-buer. Mest lysende eksempel sådanne formationer er Kuriløerne og Andesbjergene.

Hvilken kraft bevæger lithosfærepladerne?
Forskere forbinder deres bevægelse med bevægelsen af ​​stof i kappen. Kappen bærer jordskorpen som et tyndt ark papir.
Grænserne for litosfæriske plader på de steder, hvor de knækker, og på de steder, hvor de mødes, er aktive områder af litosfæren, hvor de fleste aktive vulkaner er placeret, og hvor jordskælv er hyppige. Disse områder danner Jordens seismiske bælter, der strækker sig over tusindvis af kilometer. Lad os gentage, at udtrykket "seismisk" kommer fra det græske ord seismos - vibration.

Varmen fra Jordens kerne får kappemateriale til at stige (som kogende vand), og danner lodrette kappestrømme, der skubber de litosfæriske plader fra hinanden. Ved afkøling opstår der nedadgående strømme. Så forskydes de litosfæriske plader, støder sammen, og der dannes bjerge.

METODER TIL AT STUDERE JORDENS INDRE STRUKTUR.

Objekter , Geologi studerer jordskorpen og litosfæren. Opgaver geologi:

Undersøgelse af materialesammensætningen af ​​Jordens indre skaller;

Undersøgelse af Jordens indre struktur;

Undersøgelse af udviklingsmønstrene for litosfæren og jordskorpen;

At studere historien om livets udvikling på Jorden osv.

Metoder videnskaber omfatter både geologisk egentlig og metoder inden for beslægtede videnskaber (jordbundsvidenskab, arkæologi, glaciologi, geomorfologi osv.). Blandt de vigtigste metoder er følgende.

1. Feltgeologiske undersøgelsesmetoder- undersøgelse af geologiske fremspring, kernemateriale udvundet under boring, stenlag i miner, udbrudte vulkanske produkter, direkte feltstudie af geologiske processer, der foregår på overfladen.

2. Geofysiske metoder- bruges til at studere Jordens og litosfærens dybe struktur. Seismiske metoder, baseret på undersøgelsen af ​​udbredelseshastigheden af ​​langsgående og tværgående bølger, gjorde det muligt at identificere Jordens indre skaller. Gravimetriske metoder, som studerer variationer i tyngdekraften på Jordens overflade, gør det muligt at opdage positive og negative gravitationsanomalier og antyder derfor tilstedeværelsen af ​​visse typer mineraler. Paleomagnetisk metode studerer orienteringen af ​​magnetiserede krystaller i klippelag. Udfældende krystaller af ferromagnetiske mineraler er orienteret med deres lange akse i overensstemmelse med retningerne af de magnetiske feltlinjer og tegnene på magnetiseringen af ​​Jordens poler. Metoden er baseret på inkonstansen (inversion) af polaritetstegnet for de magnetiske poler. Jorden fik moderne tegn på polar magnetisering (Brunhes-æraen) for 700.000 år siden. Den tidligere æra med omvendt magnetisering er Matuyama.

3. Astronomiske og rummetoder baseret på studiet af meteoritter, tidevandsbevægelser af litosfæren, samt på studiet af andre planeter og Jorden (fra rummet). De tillader en dybere forståelse af essensen af ​​de processer, der foregår på Jorden og i rummet.

4. Modelleringsmetoder give mulighed for at reproducere (og studere) geologiske processer under laboratorieforhold.

5. Aktualisme metode- geologiske processer, der i øjeblikket finder sted under visse forhold, fører til dannelsen af ​​visse stenkomplekser. Følgelig indikerer tilstedeværelsen af ​​de samme klipper i gamle lag visse, identiske med moderne processer, der fandt sted i fortiden.

6. Mineralogiske og petrografiske metoder studere mineraler og klipper (søgning efter mineraler, restaurering af jordens udviklingshistorie).

HYPOTESE OM JORDENS OPRINDELSE.

Ifølge moderne kosmologiske begreber blev jorden dannet sammen med andre planeter for omkring 4,5 milliarder år siden af ​​stykker og affald, der kredsede om den unge sol. Det voksede og overtog det omgivende stof, indtil det nåede sin nuværende størrelse. Til at begynde med foregik vækstprocessen meget hurtigt, og den vedvarende regn fra faldende kroppe burde have ført til dens betydelige opvarmning, da kinetisk energi partikler omdannet til varme. Under sammenstød dukkede kratere op, og stoffet, der blev kastet ud fra dem, kunne ikke længere overvinde tyngdekraften og faldt tilbage, og jo større de faldende kroppe var, jo mere opvarmede de Jorden. De faldende kroppes energi blev ikke længere frigivet på overfladen, men i planetens dybder, uden at have tid til at stråle ud i rummet. Selvom den oprindelige blanding af stoffer kunne være homogen i stor skala, førte opvarmningen af ​​jordens masse på grund af gravitationskompression og bombardement af dens affald til smeltning af blandingen, og de resulterende væsker blev adskilt fra de resterende faste dele under påvirkning af tyngdekraften. Den gradvise omfordeling af stoffet i dybden i overensstemmelse med densiteten burde have ført til dets adskillelse i separate skaller. Lettere stoffer, rige på silicium, udskilte sig fra tættere stoffer indeholdende jern og nikkel og dannede den første jordskorpe. Omkring en milliard år senere, da Jorden afkølede betydeligt, hærdede Jordens skorpe til planetens hårde ydre skal. Efterhånden som jorden kølede ned, udstødte den mange forskellige gasser fra sin kerne (dette skete normalt under vulkanudbrud) - lette, såsom brint og helium, fordampede for det meste ind i plads, men da jordens tyngdekraft allerede var ret stærk, holdt den de tungere tæt på overfladen. De dannede grundlaget for jordens atmosfære. Noget af vanddampen fra atmosfæren kondenserede, og oceaner dukkede op på jorden.

Metoder til at studere Jordens indre struktur og sammensætning

Metoder til at studere Jordens indre struktur og sammensætning kan opdeles i to hovedgrupper: geologiske metoder og geofysiske metoder. Geologiske metoder er baseret på resultaterne af direkte undersøgelse af klippelag i fremspring, minedrift (miner, adits osv.) og brønde. Samtidig råder forskere over hele arsenalet af metoder til at studere strukturen og sammensætningen, som bestemmer den høje detaljeringsgrad af de opnåede resultater. Samtidig er mulighederne for disse metoder til at studere planetens dybder meget begrænsede - den dybeste brønd i verden har en dybde på kun -12262 m (Kola Superdeep i Rusland), endnu mindre dybder opnås ved boring af havbunden (ca. -1500 m, boring fra bestyrelsen på det amerikanske forskningsfartøj Glomar Challenger). Således er dybder, der ikke overstiger 0,19% af planetens radius, tilgængelige for direkte undersøgelse.

Oplysninger om den dybe struktur er baseret på analysen af ​​indirekte indhentede data geofysiske metoder, hovedsageligt mønstrene af ændringer med dybde i forskellige fysiske parametre (elektrisk ledningsevne, mekanisk kvalitetsfaktor osv.) målt under geofysisk forskning. Udviklingen af ​​modeller af Jordens indre struktur er primært baseret på resultaterne af seismisk forskning baseret på data om udbredelsesmønstrene af seismiske bølger. Ved kilden til jordskælv og kraftige eksplosioner Seismiske bølger – elastiske vibrationer – opstår. Disse bølger er opdelt i volumenbølger - der forplanter sig i planetens tarme og "gennemsigtige" dem som røntgenstråler, og overfladebølger - der udbreder sig parallelt med overfladen og "sonderer" de øverste lag af planeten til en dybde på ti til hundredvis af kilometer.
Kropsbølger er til gengæld opdelt i to typer - langsgående og tværgående. Længdebølger, som har en høj udbredelseshastighed, er de første, der optages af seismiske modtagere; de ​​kaldes primære eller P-bølger ( fra engelsk primær - primær), langsommere tværgående bølger kaldes S-bølger ( fra engelsk sekundær - sekundær). Tværbølger vides at have vigtig egenskab– de spredes kun i faste medier.

Ved grænserne for medier med forskellige egenskaber brydes bølger, og ved grænserne for skarpe ændringer i egenskaber opstår der udover brydte reflekterede og udvekslede bølger. Forskydningsbølger kan have en forskydning vinkelret på indfaldsplanet (SH-bølger) eller en forskydning liggende i indfaldsplanet (SV-bølger). Når man krydser grænserne for medier med forskellige egenskaber, oplever SH-bølger normal brydning, og SV-bølger exciterer udover brydte og reflekterede SV-bølger P-bølger. Sådan opstår det et komplekst system seismiske bølger, der "skinner igennem" planetens indre.

Ved at analysere mønstrene for bølgeudbredelse er det muligt at identificere inhomogeniteter i planetens tarme - hvis der på en vis dybde registreres en brat ændring i udbredelseshastighederne af seismiske bølger, deres brydning og refleksion, kan vi konkludere, at kl. denne dybde er der en grænse for Jordens indre skaller, der adskiller sig i deres fysiske egenskaber.

Studiet af stierne og udbredelseshastigheden af ​​seismiske bølger i jordens tarme gjorde det muligt at udvikle en seismisk model af dens indre struktur.

Seismiske bølger, der forplanter sig fra jordskælvets kilde dybt ind i jorden, oplever de mest markante pludselige ændringer i hastigheden, brydes og reflekteres på seismiske sektioner placeret i dybder 33 km Og 2900 km fra overfladen (se figur). Disse skarpe seismiske grænser gør det muligt at opdele planetens indre i 3 indre geosfærer – jordskorpen, kappen og kerne.

Jordskorpen er adskilt fra kappen af ​​en skarp seismisk grænse, hvormed hastigheden af ​​både langsgående og tværgående bølger stiger brat. Således stiger hastigheden af ​​forskydningsbølger kraftigt fra 6,7-7,6 km/s i den nederste del af skorpen til 7,9-8,2 km/s i kappen. Denne grænse blev opdaget i 1909 af den jugoslaviske seismolog Mohorovicic og blev efterfølgende navngivet Mohorovicic grænse(ofte kort kaldet Moho-grænsen eller M-grænsen). Den gennemsnitlige dybde af grænsen er 33 km (det skal bemærkes, at dette er en meget omtrentlig værdi på grund af forskellige tykkelser i forskellige geologiske strukturer); på samme tid, under kontinenterne, kan dybden af ​​Mohorovichichi-sektionen nå 75-80 km (som er registreret under unge bjergstrukturer - Andesbjergene, Pamirs), under oceanerne falder den og når en minimumstykkelse på 3-4 km.

En endnu skarpere seismisk grænse, der adskiller kappen og kernen, registreres i dybden 2900 km. Ved denne seismiske sektion falder P-bølgehastigheden brat fra 13,6 km/s ved bunden af ​​kappen til 8,1 km/s ved kernen; S-bølger - fra 7,3 km/s til 0. Forsvinden af ​​tværgående bølger indikerer, at den ydre del af kernen har en væskes egenskaber. Den seismiske grænse, der adskiller kernen og kappen, blev opdaget i 1914 af den tyske seismolog Gutenberg og kaldes ofte Gutenberg grænse, selvom dette navn ikke er officielt.

Skarpe ændringer i hastigheden og karakteren af ​​passage af bølger registreres på dybder på 670 km og 5150 km. Grænse 670 km deler kappen i den øvre kappe (33-670 km) og den nederste kappe (670-2900 km). Grænse 5150 km deler kernen i en ydre væske (2900-5150 km) og et indre faststof (5150-6371 km).

Væsentlige ændringer er også noteret i det seismiske afsnit 410 km, der deler den øvre kappe i to lag.

De opnåede data om globale seismiske grænser giver grundlag for at overveje en moderne seismisk model af Jordens dybe struktur.

Den ydre skal af den faste jord er Jordens skorpe, afgrænset af Mohorovicic-grænsen. Dette er en relativt tynd skal, hvis tykkelse varierer fra 4-5 km under oceanerne til 75-80 km under kontinentale bjergstrukturer. Den øverste skorpe er tydeligt synlig i sammensætningen af ​​den centrale skorpe. sedimentært lag, bestående af umamorfoserede sedimentære bjergarter, blandt hvilke vulkaner kan være til stede, og underliggende det konsolideret, eller krystallinsk,bark, dannet af metamorfoserede og magmatiske påtrængende bjergarter Der er to hovedtyper af jordskorpen - kontinental og oceanisk, fundamentalt forskellige i struktur, sammensætning, oprindelse og alder.

Kontinental skorpe ligger under kontinenter og deres undersøiske marginer, har en tykkelse fra 35-45 km til 55-80 km, 3 lag skelnes i sin sektion. Det øverste lag er normalt sammensat af sedimentære bjergarter, herunder en lille mængde svagt metamorfoserede og magmatiske bjergarter. Dette lag kaldes sedimentært. Geofysisk er den karakteriseret ved lave P-bølgehastigheder i området 2-5 km/s. Den gennemsnitlige tykkelse af det sedimentære lag er omkring 2,5 km.
Nedenfor er den øvre skorpe (granit-gnejs eller "granit" lag), sammensat af magmatiske og metamorfe bjergarter rige på silica (i gennemsnit svarer det i kemisk sammensætning til granodiorit). Hastigheden af ​​P-bølger i dette lag er 5,9-6,5 km/s. Ved basen øvre skorpe den seismiske Conrad-sektion skiller sig ud, hvilket afspejler en stigning i hastigheden af ​​seismiske bølger under overgangen til den nedre skorpe. Men dette afsnit er ikke registreret overalt: i den kontinentale skorpe registreres ofte en gradvis stigning i bølgehastigheder med dybde.
Den nedre skorpe (granulit-mafisk lag) er karakteriseret ved en højere bølgehastighed (6,7-7,5 km/s for P-bølger), hvilket skyldes en ændring i klippernes sammensætning under overgangen fra den øvre kappe. Ifølge den mest accepterede model svarer dens sammensætning til granulit.

Klipper af forskellige geologiske aldre deltager i dannelsen af ​​den kontinentale skorpe, op til de ældste, omkring 4 milliarder år gamle.

Havskorpe har en forholdsvis lille tykkelse, i gennemsnit 6-7 km. I dets tværsnit, i den mest generelle form, kan der skelnes mellem to lag. Det øverste lag er sedimentært, karakteriseret ved lav tykkelse (i gennemsnit ca. 0,4 km) og lav P-bølgehastighed (1,6-2,5 km/s). Det nederste lag er "basaltisk" - sammensat af basale magmatiske bjergarter (øverst - basalter, under - grundlæggende og ultrabasiske påtrængende bjergarter). Hastigheden af ​​langsgående bølger i "basalt"-laget stiger fra 3,4-6,2 km/s i basalt til 7-7,7 km/s i de laveste jordskorpehorisonter.

Alderen for de ældste klipper i moderne oceanisk skorpe er omkring 160 millioner år.

Mantel Det er Jordens største indre skal med hensyn til volumen og masse, afgrænset over af Moho-grænsen og nedenfor af Gutenberg-grænsen. Den består af en øvre kappe og en nedre kappe, adskilt af en grænse på 670 km.

Ifølge geofysiske træk er øvre mani opdelt i to lag. Øvre lag - subcrustal kappe- strækker sig fra Moho-grænsen til dybder på 50-80 km under havene og 200-300 km under kontinenterne og er kendetegnet ved en jævn stigning i hastigheden af ​​både langsgående og tværgående seismiske bølger, hvilket forklares ved komprimering af sten på grund af det overliggende lags litostatiske tryk. Under den underjordiske kappe til den globale grænseflade på 410 km er der et lag med lave hastigheder. Som navnet på laget antyder, er hastighederne af seismiske bølger i det lavere end i den underjordiske kappe. Desuden er der i nogle områder linser, der slet ikke transmitterer S-bølger, hvilket giver grundlag for at påstå, at kappematerialet i disse områder er i delvis smeltet tilstand. Dette lag kaldes astenosfæren ( fra græsk "asthenes" - svag og "sphair" - sfære); udtrykket blev introduceret i 1914 af den amerikanske geolog J. Burrell, i engelsksproget litteratur ofte omtalt som LVZ - Lavhastighedszone. Dermed, astenosfæren- Dette er et lag i den øvre kappe (placeret i en dybde på omkring 100 km under oceanerne og omkring 200 km eller mere under kontinenterne), identificeret på basis af et fald i hastigheden af ​​seismiske bølger og med reduceret styrke og viskositet. Asthenosfærens overflade er veletableret af et kraftigt fald i resistivitet (til værdier på omkring 100 Ohm . m).

Tilstedeværelsen af ​​et plastisk astenosfærisk lag, der adskiller sig i mekaniske egenskaber fra solide overliggende lag, giver grundlag for fremhævning litosfæren- Jordens faste skal, inklusive jordskorpen og underjordens kappe placeret over astenosfæren. Tykkelsen af ​​litosfæren varierer fra 50 til 300 km. Det skal bemærkes, at litosfæren ikke er en monolitisk stenskal af planeten, men er opdelt i separate plader, der konstant bevæger sig langs plastisk astenosfære. Foci af jordskælv og moderne vulkanisme er begrænset til grænserne for litosfæriske plader.

Under strækningen på 410 km udbreder både P- og S-bølger sig overalt i den øvre kappe, og deres hastighed stiger relativt monotont med dybden.

I nederste kappe, adskilt af en skarp global grænse på 670 km, stiger hastigheden af ​​P- og S-bølger monotont, uden bratte ændringer, til henholdsvis 13,6 og 7,3 km/s op til Gutenberg-sektionen.

I den ydre kerne falder P-bølgernes hastighed kraftigt til 8 km/s, og S-bølger forsvinder helt. Forsvinden af ​​tværgående bølger tyder på, at Jordens ydre kerne er i flydende tilstand. Under sektionen på 5150 km er der en indre kerne, hvor hastigheden af ​​P-bølger stiger, og S-bølger begynder at forplante sig igen, hvilket indikerer dens faste tilstand.

Den grundlæggende konklusion fra Jordens hastighedsmodel beskrevet ovenfor er, at vores planet består af en række koncentriske skaller, der repræsenterer en jernkerne, en silikatkappe og en aluminosilikatskorpe.

Jordens geofysiske karakteristika

Fordeling af masse mellem indre geosfærer

Størstedelen af ​​Jordens masse (ca. 68 %) falder på dens relativt lette, men store kappe, med omkring 50 % i den nedre kappe og omkring 18 % i den øvre. De resterende 32% af Jordens samlede masse kommer hovedsageligt fra kernen, hvor dens flydende ydre del (29% af Jordens samlede masse) er meget tungere end den faste indre del (ca. 2%). Kun mindre end 1% af planetens samlede masse forbliver på skorpen.

Massefylde

Skallernes tæthed stiger naturligt mod Jordens centrum (se figur). Den gennemsnitlige tæthed af barken er 2,67 g/cm3; ved Moho-grænsen stiger den brat fra 2,9-3,0 til 3,1-3,5 g/cm3. I kappen stiger tætheden gradvist på grund af kompression af silikatstoffet og faseovergange (omlejring af stoffets krystallinske struktur under "tilpasning" til stigende tryk) fra 3,3 g/cm 3 i subcrustal-delen til 5,5 g/cm 3 i de nederste dele af den nederste kappe. Ved Gutenberg-grænsen (2900 km) fordobles tætheden næsten brat - op til 10 g/cm 3 i den ydre kerne. Et andet spring i tæthed - fra 11,4 til 13,8 g/cm 3 - sker ved grænsen af ​​den indre og ydre kerne (5150 km). Disse to skarpe tæthedsspring har forskellig karakter: ved kappe/kerne-grænsen sker der en ændring i stoffets kemiske sammensætning (overgang fra silikatkappen til jernkernen), og springet ved 5150 km-grænsen er forbundet med en ændring i aggregeringstilstanden (overgang fra den flydende ydre kerne til den faste indre kerne) . I jordens centrum når stoffets tæthed 14,3 g/cm 3 .

Tryk

Trykket i Jordens indre er beregnet ud fra dens tæthedsmodel. Stigningen i tryk med afstanden fra overfladen skyldes flere årsager:

kompression på grund af vægten af ​​de overliggende skaller (litostatisk tryk);

faseovergange i skaller med homogen kemisk sammensætning (især i kappen);

forskelle i den kemiske sammensætning af skallerne (skorpe og kappe, kappe og kerne).

I bunden af ​​den kontinentale skorpe er trykket omkring 1 GPa (mere præcist 0,9 * 10 9 Pa). I Jordens kappe stiger trykket gradvist, ved Gutenberg-grænsen når det 135 GPa. I den ydre kerne stiger trykgradienten, og i den indre kerne falder den tværtimod. Beregnede værdier trykkene ved grænsen mellem den indre og ydre kerne og nær Jordens centrum er henholdsvis 340 og 360 GPa.

Temperatur. Kilder til termisk energi

De geologiske processer, der foregår på overfladen og i planetens indre, er primært forårsaget af termisk energi. Energikilder er opdelt i to grupper: endogene (eller interne kilder), der er forbundet med generering af varme i planetens tarme, og eksogene (eller eksterne for planeten). Intensiteten af ​​strømmen af ​​termisk energi fra undergrunden til overfladen afspejles i størrelsen af ​​den geotermiske gradient. Geotermisk gradient– temperaturstigning med dybden, udtrykt i 0 C/km. Den "omvendte" karakteristik er geotermisk fase– dybde i meter, ved nedsænkning, hvortil temperaturen vil stige med 1 0 C. Gennemsnitsværdien af ​​den geotermiske gradient i den øvre del af skorpen er 30 0 C/km og varierer fra 200 0 C/km i moderne områder aktiv magmatisme til 5 0 C/km i områder med et roligt tektonisk regime. Med dybden falder værdien af ​​den geotermiske gradient betydeligt, i gennemsnit omkring 10 0 C/km i litosfæren og mindre end 1 0 C/km i kappen. Årsagen til dette ligger i fordelingen af ​​termiske energikilder og arten af ​​varmeoverførsel.

Kilder til endogen energi er følgende.
1. Energi af dyb gravitationsdifferentiering, dvs. varmefrigivelse under omfordelingen af ​​et stof ved densitet under dets kemiske og fasetransformationer. Hovedfaktoren i sådanne transformationer er pres. Kerne-kappe-grænsen betragtes som det vigtigste niveau for frigivelse af denne energi.
2. Radiogen varme, som opstår under henfaldet af radioaktive isotoper. Ifølge nogle beregninger bestemmer denne kilde omkring 25 % af den varmestrøm, som Jorden udsender. Det er dog nødvendigt at tage højde for, at øget indhold af de vigtigste langlivede radioaktive isotoper - uran, thorium og kalium - kun observeres i den øvre del af den kontinentale skorpe (isotopberigelseszone). For eksempel når koncentrationen af ​​uran i granitter 3,5 10 -4%, i sedimentære bjergarter - 3,2 10 -4%, mens den i oceanisk skorpe er ubetydelig: omkring 1,66 10 -7%. Radiogen varme er således en ekstra varmekilde i den øvre del af den kontinentale skorpe, som bestemmer den høje værdi af den geotermiske gradient i dette område af planeten.
3. Restvarme, bevaret i dybet siden dannelsen af ​​planeten.
4. Fast tidevand, forårsaget af Månens tiltrækning. Overgangen af ​​kinetisk tidevandsenergi til varme sker på grund af intern friktion i klippelag. Andelen af ​​denne kilde i den samlede varmebalance er lille - omkring 1-2%.

I lithosfæren dominerer den ledende (molekylære) varmeoverførselsmekanisme; i Jordens sublitosfæriske kappe sker der en overgang til en overvejende konvektiv varmeoverførselsmekanisme.

Beregninger af temperaturer i planetens indre giver følgende værdier: i litosfæren i en dybde på omkring 100 km er temperaturen omkring 1300 0 C, i en dybde på 410 km - 1500 0 C, i en dybde på 670 km - 1800 0 C, ved grænsen af ​​kernen og kappen - 2500 0 C, i en dybde på 5150 km - 3300 0 C, i midten af ​​Jorden - 3400 0 C. I dette tilfælde er kun den vigtigste (og mest sandsynlige) for dybe zoner) blev varmekilden taget i betragtning - energien fra dyb gravitationsdifferentiering.

Endogen varme bestemmer forløbet af globale geodynamiske processer. herunder bevægelse af litosfæriske plader

På overfladen af ​​planeten spilles den vigtigste rolle af eksogen kilde varme - solstråling. Under overfladen er påvirkningen af ​​solvarme kraftigt reduceret. Allerede på lav dybde (op til 20-30 m) er der et bælte konstante temperaturer– det område af dybder, hvor temperaturen forbliver konstant og er lig med den gennemsnitlige årlige temperatur i regionen. Under bæltet med konstante temperaturer er varme forbundet med endogene kilder.

Jordens magnetisme

Jorden er en kæmpe magnet med magnet kraftfelt og magnetiske poler, som er placeret tæt på de geografiske, men ikke falder sammen med dem. Derfor skelnes der i aflæsningerne af den magnetiske kompasnål mellem magnetisk deklination og magnetisk hældning.

Magnetisk deklination er vinklen mellem retningen af ​​den magnetiske kompasnål og den geografiske meridian i et givet punkt. Denne vinkel vil være størst ved polerne (op til 90 0) og mindst ved ækvator (7-8 0).

Magnetisk hældning– den vinkel, der dannes af magnetnålens hældning til horisonten. Når du nærmer dig den magnetiske pol, vil kompasnålen indtage en lodret position.

Det antages, at fremkomsten af ​​et magnetisk felt skyldes systemer af elektriske strømme, der opstår under jordens rotation, i forbindelse med konvektive bevægelser i den flydende ydre kerne. Det samlede magnetfelt består af værdierne af Jordens hovedfelt og feltet forårsaget af ferromagnetiske mineraler i jordskorpens klipper. Magnetiske egenskaber er karakteristiske for ferromagnetiske mineraler, såsom magnetit (FeFe 2 O 4), hæmatit (Fe 2 O 3), ilmenit (FeTiO 2), pyrrhotit (Fe 1-2 S) osv., som er mineraler og er etableret ved magnetiske anomalier. Disse mineraler er karakteriseret ved fænomenet restmagnetisering, som arver orienteringen af ​​Jordens magnetfelt, der eksisterede under dannelsen af ​​disse mineraler. Rekonstruktion af placeringen af ​​Jordens magnetiske poler i forskellige geologiske epoker indikerer, at det magnetiske felt periodisk opleves inversion- en ændring, hvor de magnetiske poler skiftede plads. Processen med at ændre det magnetiske tegn på det geomagnetiske felt varer fra flere hundrede til flere tusinde år og begynder med et intensivt fald i styrken af ​​Jordens hovedmagnetfelt til næsten nul, derefter etableres omvendt polaritet, og efter nogen tid er der følger en hurtig genopretning af spænding, men af ​​det modsatte fortegn. Nordpolen indtog stedet for den sydlige og omvendt med en omtrentlig frekvens på 5 gange hver 1. million år. Den nuværende orientering af magnetfeltet blev etableret for omkring 800 tusind år siden.

Metoder til at studere Jordens struktur

De fleste af de specielle videnskaber om Jorden er videnskaberne om dens overflade, inklusive atmosfæren. Indtil mennesket trængte dybere ned i Jorden længere end 12 - 15 km (Kola superdyb brønd). Fra dybder på cirka 200 km udføres underjordisk stof på forskellige måder og bliver tilgængeligt for forskning. Oplysninger om dybere lag opnås ved indirekte metoder:

Registrering af arten af ​​passagen af ​​seismiske bølger af forskellige typer gennem jordens indre, studiet af meteoritter som relikt fra fortiden, hvilket afspejler sammensætningen og strukturen af ​​stoffet i den protoplanetariske sky i dannelseszonen af ​​de terrestriske planeter. På dette grundlag drages konklusioner om sammenfaldet af stoffet af meteoritter af en bestemt type med stoffet i bestemte lag af jordens dybder. Konklusioner om sammensætningen af ​​jordens indre baseret på data om den kemiske og mineralogiske sammensætning af meteoritter, der falder på jorden, anses ikke for pålidelige, da der ikke er nogen almindeligt accepteret model for dannelsen og udviklingen af ​​solsystemet.

Jordens struktur

Undersøgelse af jordens indre med seismiske bølger gjorde det muligt at fastslå deres skalstruktur og differentierede kemiske sammensætning.

Der er 3 hovedkoncentrisk placerede regioner: kerne, kappe, skorpe. Kernen og kappen er til gengæld opdelt i yderligere skaller, der adskiller sig fysiske og kemiske egenskaber(Fig. 51).

Fig.51 Jordens struktur

Kernen optager det centrale område af jordens geoide og er opdelt i 2 dele. Indre kerne er i fast tilstand, er det omgivet ydre kerne, forbliver i væskefasen. Der er ingen klar grænse mellem den indre og ydre kerne; de ​​er kendetegnet ved overgangszone. Sammensætningen af ​​kernen menes at være identisk med jernmeteoritters. Den indre kerne består af jern (80%) og nikkel (20%). Den tilsvarende legering ved trykket af jordens indre har et smeltepunkt i størrelsesordenen 4500 0 C. Den ydre kerne indeholder jern (52%) og eutektikum (flydende blanding af faste stoffer) dannet af jern og svovl (48%). En lille indblanding af nikkel kan ikke udelukkes. Smeltepunktet for en sådan blanding er estimeret til 3200 0 C. For at den indre kerne forbliver fast og den ydre kerne flydende, bør temperaturen i Jordens centrum ikke overstige 4500 0 C, men heller ikke være lavere end 3200 0 C. flydende tilstand Den ydre kerne er forbundet med ideer om naturen af ​​jordens magnetisme.

Paleomagnetiske undersøgelser af naturen af ​​planetens magnetfelt i en fjern fortid, baseret på målinger af den remanente magnetisering af jordsten, viste, at der over 80 millioner år ikke kun var tilstedeværelsen af ​​magnetisk feltstyrke, men også flere systematiske magnetiseringsvendinger, som følge af, at nord- og sydmagnetpolerne skiftede plads. I perioder med polaritetsændringer opstod øjeblikke med fuldstændig forsvinden af ​​magnetfeltet. Derfor kan jordisk magnetisme ikke skabes permanent magnet på grund af den stationære magnetisering af kernen eller en del af den. Det menes, at magnetfeltet er skabt af en proces, der kaldes den selv-exciterede dynamo-effekt. Rollen af ​​dynamoens rotor (bevægelige element) kan spilles af massen af ​​den flydende kerne, der bevæger sig, mens Jorden roterer omkring sin akse, og excitationssystemet dannes af strømme, der skaber lukkede sløjfer inde i kernens sfære. .

Tætheden og kemiske sammensætning af kappen, ifølge seismiske bølger, adskiller sig skarpt fra de tilsvarende egenskaber af kernen. Kappen er dannet af forskellige silikater (forbindelser baseret på silicium). Det antages, at sammensætningen af ​​den nederste kappe svarer til den af ​​stenede meteoritter (kondritter).

Den øverste kappe er direkte forbundet med det yderste lag - skorpen. Det betragtes som et "køkken", hvor mange af de sten, der udgør barken eller deres halvfabrikata, tilberedes. Den øverste kappe menes at bestå af olivin (60%), pyroxen (30%) og feldspat (10%). I visse zoner af dette lag forekommer delvis smeltning af mineraler, og der dannes alkaliske basalter - grundlaget for havskorpen. Gennem riftforkastninger af midthavets højdedrag kommer basalter fra kappen til jordens overflade. Men dette er ikke den eneste interaktion mellem skorpen og kappen. Den skrøbelige skorpe, som har en høj grad af stivhed, danner sammen med en del af den underliggende kappe et specielt lag på omkring 100 km tykt, kaldet litosfæren. Dette lag hviler på den øvre kappe, hvis tæthed er mærkbart højere. Den øvre kappe har en egenskab, der bestemmer arten af ​​dens interaktion med litosfæren: i forhold til kortvarige belastninger opfører den sig som et stift materiale, og i forhold til langvarige belastninger - som en plastisk. Lithosfæren skaber en konstant belastning på den øvre kappe og under dens tryk det underliggende lag, kaldet astenosfæren, udviser plastiske egenskaber. Litosfæren "svæver" i den. Denne effekt kaldes isostasi.

Asthenosfæren hviler på sin side på de dybere lag af kappen, hvis tæthed og viskositet stiger med dybden. Årsagen til dette er komprimering af sten, hvilket forårsager strukturel omstrukturering af nogle kemiske forbindelser. For eksempel har krystallinsk silicium i sin normale tilstand en massefylde på 2,53 g/cm 3, under påvirkning af øgede tryk og temperaturer omdanner det til en af ​​dets modifikationer, kaldet stishovite, en densitet, der når 4,25 g/cm 3 . Silikater sammensat af denne modifikation af silicium har en meget kompakt struktur. Generelt kan litosfæren, asthenosfæren og resten af ​​kappen betragtes som et trelagssystem, hvor hver del er mobil i forhold til de andre komponenter. Den lette lithosfære, baseret på en ikke alt for tyktflydende og plastisk asthenosfære, er særlig mobil.

Jordskorpen, som udgør den øverste del af litosfæren, består hovedsageligt af otte kemiske grundstoffer: ilt, silicium, aluminium, jern, calcium, magnesium, natrium og kalium. Halvdelen af ​​barkens samlede masse er oxygen, som er indeholdt i den i bundne tilstande, hovedsageligt i form af metaloxider. De geologiske træk ved skorpen bestemmes af de kombinerede virkninger af atmosfæren, hydrosfæren og biosfæren på den - disse tre ydre skaller af planeten. Sammensætningen af ​​barken og de ydre skaller fornyes løbende. Takket være forvitring og nedrivning er stoffet på den kontinentale overflade fuldstændigt fornyet på 80-100 millioner år. Tabet af kontinentale stoffer kompenseres af sekulære løft af deres skorpe. Den vitale aktivitet af bakterier, planter og dyr er ledsaget af en fuldstændig ændring af kuldioxid indeholdt i atmosfæren på 6-7 år, ilt - om 4.000 år. Hele hydrosfærens masse (1,4 · 10 18 t) er fuldstændig fornyet på 10 millioner år. En endnu mere fundamental cirkulation af stof på planetens overflade sker i processer, der forbinder alle de indre skaller i et enkelt system.

Der er stationære lodrette strømme kaldet kappestråler; de stiger fra den nederste kappe til den øvre kappe og leverer brændbart materiale der. Fænomener af samme karakter inkluderer intraplade "varme felter", som især er forbundet med de største anomalier i form af jordens geoide. Levemåden i jordens indre er således ekstremt kompleks. Afvigelser fra mobilistiske positioner undergraver ikke ideen om tektoniske plader og deres vandrette bevægelser. Men det er muligt, at der i den nærmeste fremtid vil opstå en mere generel teori om planeten under hensyntagen til vandrette pladebevægelser og åbne lodrette overførsler af brændbart stof i kappen.

Jordens øverste skaller - hydrosfæren og atmosfæren - er mærkbart forskellige fra andre skaller, der dannes solid planeter. Efter masse er dette en meget lille del af kloden, ikke mere end 0,025% af dens samlede masse. Men betydningen af ​​disse skaller i planetens liv er enorm. Hydrosfæren og atmosfæren opstod på et tidligt tidspunkt af planetens dannelse og måske samtidig med dens dannelse. Der er ingen tvivl om, at havet og atmosfæren eksisterede for 3,8 milliarder år siden.

Dannelsen af ​​jorden fulgte en enkelt proces, der forårsagede den kemiske differentiering af det indre og fremkomsten af ​​forløberne for den moderne atmosfære og hydrosfære. Først blev Jordens protokerne dannet af korn af tunge ikke-flygtige stoffer, derefter fæstede den meget hurtigt det stof, der senere blev til kappen. Og da Jorden nåede omtrent på størrelse med Mars, begyndte perioden for dens bombardement planetesimalia. Påvirkningerne blev ledsaget af stærk lokal opvarmning og afsmeltning af jordens klipper og planetesimalia. Samtidig blev gasser og vanddamp indeholdt i klipperne frigivet. Og da den gennemsnitlige overfladetemperatur på planeten forblev lav, kondenserede vanddamp og dannede en voksende hydrosfære. Ved disse kollisioner mistede Jorden brint og helium, men tilbageholdt tungere gasser. Indholdet af isotoper af ædelgasser i den moderne atmosfære giver os mulighed for at bedømme kilden, der genererede dem. Denne isotopsammensætning er i overensstemmelse med hypotesen om virkningens oprindelse af gasser og vand, men modsiger hypotesen om processen med gradvis afgasning af jordens indre som en kilde til dannelse af atmosfæren og hydrosfæren. Havet og atmosfæren eksisterede bestemt ikke kun gennem Jordens historie som en dannet planet, men også under den vigtigste tilvækstfase, hvor proto-Jorden var på størrelse med Mars.

Ideen om slagafgasning, der betragtes som hovedmekanismen for dannelsen af ​​hydrosfæren og atmosfæren, vinder stigende anerkendelse. Laboratorieforsøg bekræftede slagprocessers evne til at frigive mærkbare mængder af gasser, herunder molekylær oxygen, fra jordsten. Det betyder, at en vis mængde ilt var til stede i jordens atmosfære, allerede før biosfæren opstod på den. Idéer om den abiogene oprindelse af noget af den atmosfæriske ilt blev også fremsat af andre videnskabsmænd.

Begge ydre skaller - atmosfæren og hydrosfæren - interagerer tæt med hinanden og med resten af ​​Jordens skaller, især med litosfæren. De er direkte påvirket af solen og rummet. Hver af disse skaller er et åbent system, udstyret med en vis autonomi og sine egne interne udviklingslove. Alle, der studerer oceanerne af luft og vand, er overbevist. At undersøgelsesobjekterne afslører en fantastisk finesse af organisering og evnen til selvregulering. Men på samme tid falder ingen af ​​jordens systemer ud af det generelle ensemble, og deres fælles eksistens demonstrerer ikke blot summen af ​​dens dele, men en ny kvalitet.

Blandt samfundet af Jordens skaller indtager biosfæren en særlig plads. Det dækker det øverste lag af litosfæren, næsten hele hydrosfæren og de nedre lag af atmosfæren. Udtrykket "biosfære" blev introduceret i videnskaben i 1875 af den østrigske geolog E. Suess (1831 – 1914). Biosfæren blev forstået som helheden af ​​levende stof, der beboede planetens overflade sammen med dens habitat. Ny betydning Dette koncept blev givet af V.I. Vernadsky, der betragtede biosfæren som en systemisk formation. Betydningen af ​​dette system går ud over den rent jordiske verden, som repræsenterer et led på en kosmisk skala.

Jordens alder

I 1896 blev fænomenet radioaktivitet opdaget, hvilket førte til udviklingen af ​​radiometriske dateringsmetoder. Dens essens er som følger. Atomerne af nogle grundstoffer (uran, radium, thorium og andre) forbliver ikke konstante. Det originale, kaldet moderelement, går spontant i opløsning og bliver til en stabil datter. For eksempel bliver uran - 238, henfaldende, til bly - 206, og kalium - 40 - til argon - 40. Ved at måle antallet af forældre- og datterelementer i et mineral kan du beregne den tid, der er gået siden dannelsen: jo større procentdel af datterelementer, jo ældre mineral.

Ifølge radiometrisk datering er de ældste mineraler på Jorden 3,96 milliarder år gamle, og de ældste enkeltkrystaller er 4,3 milliarder år gamle. Forskere mener, at jorden selv er ældre, fordi radiometrisk tælling udføres fra tidspunktet for krystallisation af mineraler, og planeten eksisterede i en smeltet tilstand. Disse data, kombineret med resultaterne af undersøgelser af blyisotoper i meteoritter, giver os mulighed for at konkludere, at alle solsystem dannet for cirka 4,55 milliarder år siden.

5.5. Kontinenternes oprindelse. Udvikling af jordskorpen: tektonik af litosfæriske plader

I 1915 foreslog den tyske geofysiker A. Wegener (1880 - 1930) ud fra kontinenternes omrids, at der i den geologiske periode fandtes en enkelt landmasse, som han kaldte Pangæa(fra græsk "hele jorden"). Pangea delte sig i Laurasia og Gondwana. For 135 millioner år siden adskilte Afrika sig fra Sydamerika, og for 85 millioner år siden adskilte Nordamerika sig fra Europa; For 40 millioner år siden kolliderede det indiske kontinent med Asien og Tibet, og Himalaya dukkede op.

Det afgørende argument til fordel for vedtagelsen af ​​dette koncept var den empiriske opdagelse i 50'erne af det 20. århundrede af udvidelsen af ​​havbunden, som tjente som udgangspunkt for skabelsen af ​​litosfærisk pladetektonik. Det menes i øjeblikket, at kontinenterne bevæger sig fra hinanden under påvirkning af dybe konvektive strømme rettet opad og til siderne og trækker pladerne, som kontinenterne flyder på. Denne teori bekræftes også af biologiske data om fordelingen af ​​dyr på vores planet. Teorien om kontinentaldrift, baseret på pladetektonik, er nu generelt accepteret i geologien.

Denne teori understøtter også, at det østlige Sydamerikas kystlinje falder slående sammen med det vestlige Afrikas kystlinje og det østlige Nordamerikas kystlinje med det vestlige Europas kystlinje.

En af moderne teorier der forklarer dynamikken i processer i jordskorpen kaldes teori om neomobilisme. Dens oprindelse daterer sig tilbage til slutningen af ​​60'erne af det 20. århundrede og var forårsaget af den sensationelle opdagelse på havbunden af ​​en kæde af bjergkæder, der snoede sig sammen jorden. Der er ikke noget lignende på landjorden. Alperne, Kaukasus, Pamirs, Himalaya, selv taget sammen, er uforlignelige med den opdagede stribe af verdenshavets midterste højdedrag. Dens længde overstiger 72 tusinde km.

Menneskeheden så ud til at have opdaget en hidtil ukendt planet. Tilstedeværelsen af ​​smalle lavninger og store bassiner, dybe kløfter, der strækker sig næsten uafbrudt langs de midterste højdedrags akse, tusindvis af bjerge, undersøiske jordskælv, aktive vulkaner, stærke magnetiske, gravitationsmæssige og termiske anomalier, varme dybhavskilder, kolossale ophobninger af ferromangan knuder - alt dette blev opdaget på kort tid på bunden af ​​havet.

Som det viste sig, er havskorpen karakteriseret ved konstant fornyelse. Det stammer fra bunden af ​​riften og skærer de midterste kamme langs aksen. Selve højderyggene er af samme skrifttype og er også unge. Oceanisk skorpe"dør" på steder med spalter - hvor den bevæger sig under naboplader. Synker dybt ned i planeten, ind i kappen og smelter, det formår at give afkald på en del af sig selv sammen med de sedimenter, der er akkumuleret på den, til konstruktion kontinental skorpe. Tæthedsstratificeringen af ​​Jordens indre giver anledning til en slags strømning i kappen. Disse strømme giver materiale til havbundens vækst. De får også globale plader med kontinenter, der rager ud fra verdenshavet, til at drive. Driften af ​​​​store plader af litosfæren med land, der stiger på dem, kaldes neomobilisme.

Bevægelsen af ​​kontinenter er nu blevet bekræftet af observationer fra rumfartøjer. Forskere så fødslen af ​​havskorpen med deres egne øjne, der nærmede sig bunden af ​​Atlanterhavet, Stillehavet og Indiske oceaner og Det Røde Hav. Ved hjælp af moderne dybhavsdykkerteknikker opdagede akvanauter dannelsen af ​​revner i den strakte bund og unge vulkaner, der rejste sig fra sådanne "revner".