Egy időben engem is érdekelt, mi van a lábunk alatt, és elkezdtem részletesebben tanulmányozni. Tanulmányi probléma belső szerkezetés bolygónk összetétele ősidők óta felkeltette a tudósok figyelmét. A legjelentősebb eredményeket a 20. században érték el, mert ez a feladat összetettségében és fontosságában egyenrangú a térkutatással.

Földkutatási módszerek

A Föld belső szerkezetének tanulmányozásakor alkalmazzák különféle módszerek, amelyek két csoportba sorolhatók: a közvetlen megfigyelés módszerei és a közvetett kutatás módszerei. Az első típust a legkönnyebb megérteni; a tudósok egyszerűen csak a kőzeteket, bányákat és kutak fúrásával nyert anyagokat tanulmányozzák. Érdekes módon ma a legmélyebb bányák elérik a 6 km-t, az olajkutak pedig 9 km-t. Külön érdemes megemlíteni a Kola-félszigeten található nagyon érdekes Kola szupermély kutat. Mélysége eléri a 12,5 kilométert, így a világ legmélyebb kútja. Kifejezetten kutatómunkára készült. Röviden: közvetlen megfigyeléssel körülbelül 20 kilométeres mélységig lehet megismerni a Föld szerkezetét.

Közvetett kutatási módszerek

A kutatási módszer másik, összetettebb típusa az indirekt módszerek. A Föld belsejének tanulmányozására szolgálnak, i.e. ami 20 km alatt van. Íme a listájuk:

• Szeizmikus.
• Gravimetrikus.
• Földmágneses.
• Geoelektromos.

Közülük a legfontosabb a szeizmikus, amely szeizmikus hullámokat használ, ezek terjedési sebességét az anyagtól függően változtatják, amelyen áthaladnak. Ezeknek a hullámoknak két típusa van: hosszanti és keresztirányú.

Egyszerűen fogalmazva, ez a módszer lehetővé tette a Föld különböző héjait egymástól elválasztó határok meghatározását, és annak megállapítását, hogy milyen állapotban vannak: viszkózus, folyékony, szilárd stb.

A lényeg

Ma már tudjuk, hogy a Földnek három héja van: a kéreg, a köpeny és a mag. A Föld belső szerkezetének szeizmikus modellje úgy néz ki, mint a fenti ábrán.

A Föld bolygó felfedezése a Naprendszerben: történelem, felszín leírása, űrhajók kilövése, forgás, keringés, eredmények, jelentős dátumok.

Szülőbolygónkról beszélünk, lássuk hát, hogyan zajlott a Föld felfedezése. A 20. század elejére a Föld felszínének nagy részét tanulmányozták, beleértve a belső szerkezetét és földrajzát is. Az Északi-sarkvidék és az Antarktisz titokzatos maradt. Mára szinte minden területet rögzítettek és feltérképeztek a fényképes térképezésnek és a radarnak köszönhetően. Az egyik utolsó felfedezett terület a Darien-félsziget volt, amely a Panama-csatorna és Kolumbia között található. Korábban az állandó esőzés, a sűrű növényzet és a sűrű felhőtakaró miatt nehézkes volt a felmérés.

A bolygó mély tulajdonságait sokáig nem tanulmányozták. Ezt megelőzően a felszíni képződményeket tanulmányoztuk. De a második világháború után elkezdték a geofizikai kutatásokat. Erre a célra speciális érzékelőket használtak. De így a felszín alatti réteg egy korlátozott részét lehetett figyelembe venni. Csak a felső kéreg alatt lehetett átjutni. Maximális mélység kutak – 10 km.

Főbb célok és eredmények a Föld-kutatásban

A tudósokat a tudományos kíváncsiság, valamint a gazdasági haszon készteti a Föld felfedezésére. A népesség növekszik, így nő az ásványi anyagok, valamint a víz és más fontos anyagok iránti kereslet. Számos földalatti műveletet végeznek a következő keresésre:

• olaj, szén és földgáz;
• kereskedelmi (vas, réz, urán) és építőipari (homok, kavics) anyagok;
• talajvíz;
• sziklák mérnöki tervezéshez;
• geotermikus tartalékok villamos energia és fűtés céljára;
• régészet;

Szükség volt továbbá a biztonság megteremtésére alagutak, tároló létesítmények, nukleáris reakciók és gátak révén. Ez pedig ahhoz vezet, hogy meg kell tudni előre jelezni a földrengés erősségét és idejét, vagy a felszín alatti víz szintjét. Japán és az Egyesült Államok vesz részt a legaktívabban a földrengésekben és a vulkánokban, mivel ezek az országok leggyakrabban szenvednek el ilyen katasztrófákat. A megelőzés érdekében időszakosan kutakat fúrnak.

Módszertan és eszközökFöldkutatás

Tudnia kell, milyen módszerek léteznek a Föld bolygó tanulmányozására. A geofizika mágnesességet, gravitációt, visszaverődést, rugalmas vagy akusztikus hullámokat, hőáramlást, elektromágnesességet és radioaktivitást használ. A mérések nagy részét a felszínen végzik, de vannak műholdas és földalatti mérések is.

Fontos megérteni, mi van alatta. Néha nem lehet olajat kinyerni csak egy másik anyagtömb miatt. A módszer kiválasztása a fizikai tulajdonságokon alapul.

Összehasonlító planetológia

Dmitrij Titov csillagász a Naprendszer bolygóiról, a légkör dinamikájáról és az üvegházhatásról a Marson és a Vénuszon:

Távérzékelés

A földről származó elektromágneses sugárzást és a visszavert energiát a repülőgépek és műholdak különböző spektrális tartományaiban használják fel. A módszerek képkombinációk használatán alapulnak. Ehhez különböző pályákról területeket rögzítenek, és háromdimenziós modelleket készítenek. Időközönként is végrehajtják őket, ami lehetővé teszi a változások nyomon követését (a termés növekedése az évszak során vagy a viharok és esők miatti változások).

Radarsugarak törnek át a felhőkön. Az oldalsó látható radar érzékeny a felület lejtésében és érdességében bekövetkező változásokra. Az optikai-mechanikus szkenner meleg infravörös energiát rögzít.

Leggyakrabban Landsat technológiát alkalmaznak. Ezt az információt a 900 km-es tengerszint feletti magasságban lévő egyes amerikai műholdakon található multispektrális szkennerek nyerik. A felvétel 185 km-es területet fed le. Látható, IR, spektrális, zöld és piros tartományt használunk.

A geológiában ezt a technikát a domborzat, a hegyi küszöbök kitettségének és a litológia kiszámítására használják. Lehetőség van a növényzet és a kőzetek változásainak rögzítésére, a talajvíz megtalálására és a nyomelemek eloszlására is.

Mágneses módszerek

Ne felejtsük el, hogy a Földkutatást az űrből végzik, nemcsak fotókat adva a bolygóról, hanem fontos tudományos adatokat is. Kiszámolhatja a Föld teljes mágneses mezejét vagy egyes összetevőit. A legrégebbi módszer a mágneses iránytű. Manapság mágneses mérlegeket és magnetométereket használnak. A protonmagnetométer a rádiófrekvenciás feszültséget számítja ki, az optikai pumpa pedig a legkisebb mágneses ingadozásokat figyeli.

A mágneses felméréseket párhuzamos vonalakon 2-4 km távolságban és 500 m magasságban repülő magnetométerekkel végzik.A földi vizsgálatok a levegőben előforduló mágneses anomáliákat vizsgálják. Elhelyezhetők speciális állomásokon vagy mozgó hajókon.

Mágneses hatások az üledékes kőzetek által létrehozott mágnesezés következtében jönnek létre. A kőzetek nem képesek megtartani a mágnesességet, ha a hőmérséklet meghaladja az 500°C-ot, ami a 40 km-es mélység határa. A forrást mélyebben kell elhelyezni, és a tudósok úgy vélik, hogy a konvekciós áramok generálják a mezőt.

Gravitációs módszerek

A Föld űrkutatása különböző irányokat foglal magában. A gravitációs tér meghatározható bármely tárgy vákuumban való esésével, az inga periódusának kiszámításával vagy más módszerekkel. A tudósok gravimétert használnak – egy olyan súlyt a rugón, amely nyúlhat és összenyomható. 0,01 milligramm pontossággal működnek.

A gravitációs különbségek a lokális sík miatt jelentkeznek. Az adatok meghatározása néhány percet vesz igénybe, de a pozíció és a magasság kiszámítása tovább tart. Az üledékes kőzetek sűrűsége gyakrabban növekszik a mélységgel, mert nő a nyomás és elveszik a porozitás. Amikor a felvonók közelebb mozdítják a sziklákat a felszínhez, abnormális gravitációt képeznek. A negatív anomáliákat az ásványok is okozzák, így a gravitáció megértése jelezheti az olaj forrását, valamint a barlangok és más földalatti üregek elhelyezkedését.

Szeizmikus fénytörés módszerek

A Föld tanulmányozásának tudományos módszere a hullám kezdete és érkezése közötti időintervallum kiszámításán alapul. Hullám keletkezhet robbanással, zuhanó súlyokkal, légbuborékkal stb. A kereséshez geofont (föld) és hidrofont (víz) használnak.

A szeizmikus energia különböző módon érkezik a detektorba. Eleinte, amíg a hullám közel van a forráshoz, a legrövidebb utakat választja, de a távolság növekedésével inogni kezd. Kétféle hullám haladhat át egy testen: P (elsődleges) és S (másodlagos). Az előbbiek kompressziós hullámként működnek, és maximális gyorsulással mozognak. A második nyíró, alacsony sebességgel mozog, és nem képes átjutni a folyadékokon.

A felülettípusok fő típusa a Rayleigh-hullámok, ahol a részecske elliptikus úton, függőleges síkban mozog a forrástól számítva. A vízszintes rész a földrengések fő oka.

A Föld szerkezetére vonatkozó legtöbb információ a földrengések elemzésén alapul, mivel ezek egyszerre több hullámmódot generálnak. Mindegyik különbözik a mozgási összetevőkben és irányokban. A mérnöki tanulmányok sekély szeizmikus fénytörést tartalmaznak. Néha elég egy egyszerű ütés egy kalapáccsal. Hibafelismerésre is használják.

Elektromos és EM módszerek

Az ásványok keresése során a módszerek az elektrokémiai aktivitástól, az ellenállás változásától és a hatásoktól függenek dielektromos állandó. Maga a potenciál a fém-szulfid ásványok felső felületének oxidációján alapul.

Az ellenállás az áramot egy generátorból egy másik forrásba továbbítja, és meghatározza a potenciálkülönbséget. A kőzet ellenállása a porozitástól, a sótartalomtól és egyéb tényezőktől függ. Az agyagos kőzetek ellenállása alacsony. Ez a módszer használható víz alatti vizek vizsgálatára.

A szondázás pontosan kiszámítja, hogyan változik az ellenállás a mélységgel. Az 500-5000 Hz-es tartományú áramok mélyen behatolnak. A frekvencia segít meghatározni a mélység szintjét. A természetes áramlatok a légkörben fellépő zavarok vagy a napszél felső rétegének támadása miatt indukálódnak. Széles tartományt fednek le, így hatékonyabban tesznek lehetővé különböző mélységek felfedezését.

De elektromos módszerek nem tudnak túl mélyre behatolni, ezért nem adnak teljes információt az alsóbb rétegekről. De a segítségükkel tanulmányozhatja a fémérceket.

Radioaktív módszerek

Ezzel a módszerrel ércek vagy kőzetek azonosíthatók. A legtöbb természetben előforduló radioaktivitás az uránból, a tóriumból és a kálium radioizotópjából származik. A szcintilométer segít a gamma-sugarak észlelésében. A fő kibocsátó a kálium-40. Néha a kőzetet szándékosan besugározzák a hatás és a válasz mérése érdekében.

Geotermikus módszerek

A hőmérsékleti gradiens kiszámítása az anomália meghatározásához vezet hőáramlás. A föld tele van különféle folyadékokkal, kémiai összetételés amelyek mozgását érzékeny detektorok határozzák meg. A nyomelemeket néha szénhidrogénekkel társítják. A geokémiai térképek segítenek megtalálni az ipari hulladékot és a szennyezett területeket.

Feltárás és mintavétel

Azonosítani különböző fajtáküzemanyag, mintát kell vennie. Sok kutat forgó módon hoznak létre, ahol a folyadékot a biten keresztül keringtetik kenés és hűtés céljából. Néha ütőhangszereket használnak, amikor egy nehéz fúrót leengednek és felemelnek, hogy levágják a szikladarabokat.

Következtetések a föld mélyéről

Az alakról 1742-1743-ban értesültek, az átlagos sűrűséget és tömeget Henry Cavendish számolta ki 1797-ben. Később rájöttek, hogy a felszínen lévő kőzetek sűrűsége kisebb, mint az átlagos sűrűség, ami azt jelenti, hogy a bolygó belsejében lévő adatoknak magasabbnak kell lenniük.

1500-as évek vége William Gilbert a mágneses teret tanulmányozta. Ettől a pillanattól kezdve megismertük a dipólus természetét és a geomágneses mező változásait. Az 1900-as években földrengések hullámait figyelték meg. A kéreg és a köpeny határát a Mohorovic-szakadásnál nagy sebességnövekedés jellemzi, 24-40 km-es mélységben. A köpeny és a mag közötti határ a Gutenberg-szakadás (mélység – 2800 km). A külső mag folyékony, mert nem ad át keresztirányú hullámokat.

Az 1950-es években Forradalom történt bolygónk megértésében. A kontinentális sodródás elméletei lemeztektonikává fejlődtek, vagyis a litoszféra lebeg az asztenoszférán. A lemezek eltolódnak, és új óceáni kéreg képződik. Ezenkívül a litoszférák közeledhetnek, távolodhatnak és összeomolhatnak. Sok földrengés fordul elő a szubdukciós helyeken.

Az óceáni kérget egy sor fúráson keresztül fedezték fel. A szakadásos területeken a köpenykutakból származó anyag lehűl és megszilárdul. Fokozatosan felhalmozódnak az üledékek, és bazalt alap jön létre. A kéreg vékony (5-8 km vastag) és szinte teljesen fiatal (200 000 000 évnél fiatalabb). De az emlékek elérik a 3,8 milliárd éves kort.

A kontinentális kéreg sokkal régebbi és bonyolultabb kialakulása, ami megnehezíti a tanulmányozását. 1975-ben egy tudóscsoport szeizmikus technikákat alkalmazott olajlelőhelyek felkutatására. Végül több alacsony szögű vontatási lapot fedeztek fel az Appalache-hegység alatt. Ez nagyban befolyásolta a kontinens kialakulásának elméletét.

A FÖLD SZERKEZETE.

Tegyünk egy képzeletbeli utazást a Föld középpontjába. Képzeljük el, hogy mélyebbre haladunk, valamiféle fantasztikus lövedékben „áthaladunk” a Föld vastagságán Jules Verne „Utazás a Föld középpontja felé” című könyvének hőseivel együtt.

A Föld legfelső borítója a földkéreg. Ha a Földet egy almához hasonlítja, akkor a földkéreg csak a vékony héja lesz. De ezt a „bőrt” intenzíven használják az emberek. Felszínére városok, üzemek, gyárak épülnek, mélyéből különféle ásványokat nyernek ki, vizet, energiát, ruhát és még sok-sok mást ad az embereknek. Mivel a földkéreg a legtöbb felső réteg A Földet tanulmányozták a legjobban. Mélyében az ember számára igen értékes kőzetek és ásványok lapulnak, amelyeket a farmon tanult meg használni.

A földkéreg felső rétege meglehetősen puha kőzetekből áll. A pusztulás eredményeként keletkeznek kemény sziklák(például homok), állati maradványok (kréta) vagy növények (szén) lerakódása, különféle anyagok lerakódása a tengerek és óceánok fenekére ( só).
Következő réteg a földkéreg gránit. A gránitot magmás kőzetnek nevezik. Magas hőmérséklet és nyomás mellett a földkéreg mélyén lévő magmából jött létre. A "Magma" görögül fordításban "vastag kenőcsöt" jelent. Ez egy olvadt anyag a föld belsejéből, amely kitölti a földkéreg repedéseit. Amikor megkeményedik, gránit képződik. A gránit kémiai elemzése azt mutatja, hogy nagy mennyiségben tartalmaz különféle ásványi anyagokat - szilícium-dioxidot, alumíniumot, kalciumot, káliumot, nátriumot.

A „gránit” réteg után van egy réteg, amely főleg bazaltból áll - egy mély eredetű kőzet. A bazalt nehezebb, mint a gránit, és több vasat, magnéziumot és kalciumot tartalmaz. A földkéreg e három rétege – üledékes, „gránit” és „bazalt” – tárolja az ember által használt összes ásványi anyagot. A földkéreg vastagsága nem mindenhol egyforma: az óceánok alatti 5 km-től a kontinensek alatti 75 km-ig. Az óceánok alatt általában nincs „gránit” réteg.

A földkéreg mögött, ha a Föld közepe felé haladunk, a Föld legvastagabb rétege palást(a tudósok szerint „a legerősebb”). Soha senki nem látta őt. A tudósok szerint magnéziumból, vasból és ólomból áll. A hőmérséklet itt kb +2000°C!

A földkérget az alatta lévő köpenytől egy még mindig titokzatos szelet választja el Moho réteg(Mohorović szerb szeizmológusról nevezték el, aki 1909-ben fedezte fel), amelyben a szeizmikus hullámok terjedési sebessége hirtelen megnövekszik.

Részvényenként Köntösök a bolygó teljes tömegének mintegy 67%-át teszi ki. A felső köpeny szilárd rétegét, amely az óceánok és a kontinensek alatt különböző mélységekig terjed, a földkéreggel együtt litoszférának nevezik - a Föld legkeményebb héjának. Alatta van egy réteg, ahol a szeizmikus hullámok terjedési sebessége enyhén csökken, ami az anyag sajátos állapotát jelzi. Ezt a réteget, amely kevésbé viszkózus és képlékenyebb a feletti és alatti rétegekhez képest, asztenoszférának nevezzük. Úgy gondolják, hogy a köpeny anyaga folyamatos mozgásban van, és azt feltételezik, hogy a köpeny viszonylag mély rétegeiben a hőmérséklet és a nyomás növekedésével az anyag sűrűbb módosulásokba való átmenete következik be. Ezt az átmenetet kísérleti vizsgálatok is megerősítik.

Az alsó köpenyben 2900 km-es mélységben nemcsak a hosszanti hullámok sebességében, hanem a sűrűségben is éles ugrás történik, és a keresztirányú hullámok itt teljesen eltűnnek, ami a kőzetek anyagösszetételének megváltozását jelzi. Ez a Föld magjának külső határa.

A tudósok azt találták, hogy a kőzetek hőmérséklete a mélységgel nő: átlagosan minden 30 méteres mélység után 1 C-kal melegszik a Föld. A köpeny hatalmas mennyiségű hőt kap a Föld magjából, ami még melegebb.

Hatalmas hőmérsékleten a köpenykőzeteknek folyékony, olvadt formában kell lenniük. De ez nem történik meg, mert a fedő sziklák nyomást gyakorolnak a köpenyre, és ilyen mélységben a nyomás 13 ezerszer nagyobb, mint a felszínen. Vagyis minden 1 cm 2 kőzetre 13 tonnát nyomnak. Ennyit nyom egy aszfalttal megrakott KAMAZ. Ezért úgy tűnik, a köpeny és a mag kőzetei szilárd állapotban vannak. Az alsó és felső köpeny megkülönböztethető.

A köpeny összetétele:
alumínium, magnézium, szilícium, kalcium

Az emberek régóta észrevették, hogy a mély bányák alján a sziklák hőmérséklete magasabb, mint a felszínen. Néhány bányát fel is kellett hagyni, mert lehetetlenné vált ott dolgozni, mivel a hőmérséklet elérte a +50°C-ot.

A Föld magja- még mindig rejtély a tudomány számára. Bizonyos bizonyossággal csak a sugaráról beszélhetünk - körülbelül 3500 km és hőmérsékletéről - körülbelül 4000 ° C. Ennyit tud a tudomány a Föld mélységének szerkezetéről. Egyes tudósok azon a véleményen vannak, hogy magunk vasból áll, mások elismerik, hogy bolygónk közepén hatalmas űr keletkezhet. Megkülönböztetik a külső és a belső magot. De Senki sem tudja igazán, milyen a Föld magja.

A Föld magja 1936-ban nyitották meg. Rendkívül nehéz volt leképezni a kis számú szeizmikus hullám miatt, amely elérte és visszatért a felszínre. Ezenkívül a mag szélsőséges hőmérsékletét és nyomását régóta nehéz reprodukálni a laboratóriumban. A Föld magja 2 különálló részre oszlik: folyékony ( KÜLSŐ MAG) és kemény ( BHUTPEHHE), a köztük lévő átmenet 5156 km mélységben van. A vas egy olyan elem, amely megfelel a mag szeizmikus tulajdonságainak, és bőségesen fordul elő az Univerzumban, és tömegének körülbelül 35%-át teszi ki a bolygó magjában. A modern adatok szerint a külső mag olvadt vas és nikkel forgó árama, amely jól vezeti az elektromosságot. Ezzel függ össze a Föld mágneses mezejének eredete, tekintve, hogy a folyékony magban folyó elektromos áramok globális mágneses teret hoznak létre. A köpeny külső maggal érintkező rétegét befolyásolja, mivel a magban magasabb a hőmérséklet, mint a köpenyben. Ez a réteg helyenként hatalmas hőt és a Föld felszíne felé irányított tömegáramokat - csóvákat - termel.

BELSŐ SZILÁRD MAG nem kapcsolódik a köpenyhez. Úgy tartják, hogy szilárd állapotát a magas hőmérséklet ellenére a Föld középpontjában uralkodó gigantikus nyomás biztosítja. Felmerült, hogy a magnak a vas-nikkel ötvözetek mellett könnyebb elemeket is tartalmaznia kell, például szilíciumot és ként, esetleg szilíciumot és oxigént. A Föld magjának állapotának kérdése továbbra is vitatható. Ahogy távolodik a felülettől, az anyag összenyomása növekszik. A számítások szerint a Föld magjában a nyomás elérheti a 3 millió atm-t. Ebben az esetben sok anyag fémesnek tűnik - fémes állapotba kerül. Még az a hipotézis is létezett, hogy a Föld magja fémes hidrogénből áll.

Alap összetétel:
vas, nikkel.

Litoszféra- ez a Föld kemény héja, amely a földkéregből és a köpeny felső részéből áll (a görög lithosz - kő és sphaira - labda szóból). Ismeretes, hogy szoros kapcsolat van a litoszféra és a Föld köpenye között.

A litoszféra lemezek mozgása.

Sok tudós úgy véli, hogy a litoszférát a mély törések különböző méretű tömbökre vagy lemezekre osztják. Ezek a lemezek egymáshoz képest mozognak a cseppfolyósított köpenyrétegen. A litoszférikus lemezek kontinentálisak és óceániak (beszéltünk egy kicsit arról, hogy miben különböznek egymástól). Amikor a kontinentális és az óceáni lemezek kölcsönhatásba lépnek, az egyik a másikra kerül. Kisebb vastagsága miatt úgy tűnik, hogy az óceáni lemez széle a kontinentális lemez széle alá „merül”. Ez hegyeket hoz létre mélytengeri árkok, szigetívek. A legtöbb ragyogó példa ilyen képződmények a Kuril-szigetek és az Andok.

Milyen erő mozgatja a litoszféra lemezeket?
A tudósok mozgásukat a köpenyben lévő anyag mozgásával társítják. A köpeny vékony papírlapként hordozza a földkérget.
A litoszféra lemezek határai azokon a helyeken, ahol áttörnek és ahol találkoznak, a litoszféra aktív területei, ahol a legtöbb aktív vulkán található, és ahol gyakoriak a földrengések. Ezek a területek alkotják a Föld több ezer kilométeres szeizmikus öveit. Ismételjük meg, hogy a „szeizmikus” kifejezés a görög szeizmosz szóból származik, amely a vibráció.

A Föld magjának hője a köpeny anyagának emelkedését idézi elő (mint a forrásban lévő víz), függőleges köpenyáramlásokat hozva létre, amelyek szétnyomják a litoszféra lemezeit. Lehűléskor lefelé irányuló áramlások lépnek fel. Ekkor a litoszféra lemezei eltolódnak, összeütköznek és hegyek keletkeznek.

A FÖLD BELSŐ SZERKEZETE VIZSGÁLATÁNAK MÓDSZEREI.

Objektumok , A geológia a földkérget és a litoszférát vizsgálja. Feladatok geológia:

A Föld belső héjainak anyagösszetételének tanulmányozása;

A Föld belső szerkezetének tanulmányozása;

A litoszféra és a földkéreg fejlődési mintáinak tanulmányozása;

A földi élet kialakulásának történetének tanulmányozása stb.

Mód a tudományok magukban foglalják a geológiát és a kapcsolódó tudományok módszereit (talajtan, régészet, glaciológia, geomorfológia stb.). A fő módszerek közé tartozik a következő.

1. Terepföldtani felmérési módszerek- geológiai kiemelkedések, fúrás során kitermelt maganyag, bányákban lévő kőzetrétegek, kitört vulkáni termékek vizsgálata, a felszínen lezajló földtani folyamatok közvetlen terepi vizsgálata.

2. Geofizikai módszerek- a Föld és a litoszféra mélyszerkezetének tanulmányozására használták. Szeizmikus módszerek, a hosszanti és keresztirányú hullámok terjedési sebességének vizsgálata alapján, lehetővé tette a Föld belső héjainak azonosítását. Gravimetriás módszerek, amelyek a Föld felszínén a gravitáció változásait vizsgálják, lehetővé teszik a pozitív és negatív gravitációs anomáliák kimutatását, és ezért bizonyos típusú ásványok jelenlétére utalnak. Paleomágneses módszer a mágnesezett kristályok orientációját vizsgálja a kőzetrétegekben. A ferromágneses ásványok kicsapódó kristályai hossztengelyükkel a mágneses erővonalak irányának és a Föld pólusainak mágnesezettségének előjeleinek megfelelően vannak orientálva. A módszer a mágneses pólusok polaritásjelének inkonstanciáján (inverzióján) alapul. A Föld 700 000 évvel ezelőtt szerezte meg a poláris mágnesezés modern jeleit (Brunhes-korszak). A fordított mágnesezés előző korszaka a Matuyama.

3. Csillagászati ​​és űrkutatási módszerek meteoritok, a litoszféra árapálymozgásának, valamint más bolygók és a Föld (űrből való) vizsgálatán alapul. Lehetővé teszik a Földön és az űrben zajló folyamatok lényegének mélyebb megértését.

4. Modellezési módszerek lehetővé teszik a geológiai folyamatok laboratóriumi körülmények között történő reprodukálását (és tanulmányozását).

5. Az aktualizmus módszere- bizonyos körülmények között jelenleg zajló geológiai folyamatok bizonyos kőzetkomplexumok kialakulásához vezetnek. Következésképpen ugyanazon kőzetek jelenléte az ősi rétegekben bizonyos, a múltban lezajlott modern folyamatokkal azonos jelenségekre utal.

6. Ásványtani és petrográfiai módszerekásványok és kőzetek tanulmányozása (ásványok keresése, a Föld fejlődéstörténetének helyreállítása).

HIPOTÉZIS A FÖLD EREDETÉRŐL.

A modern kozmológiai elképzelések szerint a Föld más bolygókkal együtt körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt alakult ki a fiatal Nap körül keringő darabokból és törmelékekből. Növekedett, átvette a környező anyagot, amíg el nem érte jelenlegi méretét. Eleinte a növekedési folyamat nagyon gyorsan ment végbe, és a lehulló testek folyamatos esőzése jelentős felmelegedéséhez kellett volna vezetnie, hiszen kinetikus energia részecskék hővé alakultak. A becsapódások során kráterek jelentek meg, és a belőlük kilökődő anyag már nem tudta leküzdeni a gravitációs erőt és visszazuhant, és minél nagyobbak voltak a lehulló testek, annál jobban felmelegítették a Földet. A lehulló testek energiája már nem a felszínen, hanem a bolygó mélyén szabadult fel, anélkül, hogy ideje lett volna kisugározni az űrbe. Bár a kezdeti anyagkeverék nagy léptékben homogén lehetett, a föld tömegének gravitációs összenyomása és törmelékeinek bombázása miatti felmelegedése a keverék megolvadásához vezetett, és a keletkező folyadékok a hatás hatására elkülönültek a megmaradt szilárd részektől. a gravitáció. Az anyagnak a sűrűségnek megfelelő mélységi fokozatos újraeloszlásának el kellett volna vezetnie annak külön héjakra való szétválását. A könnyebb, szilíciumban gazdag anyagok elváltak a vasat és nikkelt tartalmazó sűrűbb anyagoktól, és létrehozták az első földkérget. Körülbelül egymilliárd évvel később, amikor a Föld jelentősen lehűlt, a földkéreg a bolygó kemény külső héjává keményedett. Ahogy a föld lehűlt, sok különböző gázt lökött ki magjából (ez általában a vulkánkitörések során történt) – a könnyűek, mint a hidrogén és a hélium többnyire elpárologtak. hely, de mivel a föld gravitációs ereje már elég erős volt, a nehezebbeket a felszíne közelében tartotta. Ezek képezték a földi légkör alapját. A légkörből származó vízgőz egy része lecsapódott, és óceánok jelentek meg a földön.

A Föld belső szerkezetének és összetételének vizsgálati módszerei

A Föld belső szerkezetének és összetételének vizsgálatára szolgáló módszerek két fő csoportra oszthatók: geológiai és geofizikai módszerekre. Geológiai módszerek a kőzetrétegek közvetlen vizsgálatának eredményein alapulnak a kibúvásokban, a bányákban (bányák, adits stb.) és a kutakban. Ugyanakkor a kutatók rendelkezésére áll a szerkezet és az összetétel tanulmányozására szolgáló módszerek teljes arzenálja, amely meghatározza a kapott eredmények nagyfokú részletességét. Ugyanakkor ezeknek a módszereknek a képességei a bolygó mélységének tanulmányozásában nagyon korlátozottak - a világ legmélyebb kútjának mélysége mindössze -12262 m (oroszországi Kola Superdeep), a fúrásnál még kisebb mélység érhető el. óceánfenék (kb. -1500 m, fúrás a Glomar Challenger amerikai kutatóhajó fedélzetéről). Így a bolygó sugarának 0,19%-át meg nem haladó mélységek állnak rendelkezésre közvetlen tanulmányozásra.

A mélyszerkezetre vonatkozó információk a kapott közvetett adatok elemzésén alapulnak geofizikai módszerek, elsősorban a geofizikai kutatások során mért különböző fizikai paraméterek (elektromos vezetőképesség, mechanikai minőségi tényező, stb.) mélységgel járó változásai. A Föld belső szerkezetére vonatkozó modellek kidolgozása elsősorban a szeizmikus kutatások eredményein, a szeizmikus hullámok terjedési mintázataira vonatkozó adatokon alapul. A földrengések forrásánál és erős robbanások Szeizmikus hullámok – rugalmas rezgések – keletkeznek. Ezek a hullámok térfogathullámokra oszlanak, amelyek a bolygó belsejében terjednek, és röntgensugarakként „átlátszóvá” teszik őket, valamint felszíni hullámokra, amelyek a felszínnel párhuzamosan terjednek, és a bolygó felső rétegeit „szondázzák” több tízes mélységig. több száz kilométert.
A testhullámok viszont két típusra oszlanak - hosszanti és keresztirányú. A szeizmikus vevők először a nagy terjedési sebességű longitudinális hullámokat rögzítik, ezeket elsődleges vagy P-hullámoknak nevezik. angolról elsődleges - elsődleges), a lassabb transzverzális hullámokat S-hullámoknak nevezzük ( angolról másodlagos - másodlagos). A keresztirányú hullámokról ismert fontos jellemzője– csak szilárd médiában terjednek.

A különböző tulajdonságú közegek határain a hullámok megtörnek, a tulajdonságok éles változásának határain pedig a megtörteken kívül visszavert és kicserélt hullámok keletkeznek. A nyíróhullámoknak lehet a beesési síkra merőleges elmozdulása (SH-hullámok), vagy a beesési síkban fekvő elmozdulásuk (SV-hullámok). A különböző tulajdonságú közegek határainak átlépésekor az SH-hullámok normál törést tapasztalnak, az SV-hullámok pedig a megtört és visszavert SV-hullámok mellett P-hullámokat is gerjesztenek. Ez így keletkezik összetett rendszer szeizmikus hullámok, amelyek „átvilágítanak” a bolygó belsejében.

A hullámterjedési mintázatok elemzésével lehetőség nyílik a bolygó beleiben lévő inhomogenitások azonosítására - ha egy bizonyos mélységben a szeizmikus hullámok terjedési sebességében, azok törésében és visszaverődésében hirtelen változást észlelünk, arra a következtetésre juthatunk, hogy ez a mélység határa a Föld belső héjainak, amelyek fizikai tulajdonságaikban különböznek egymástól.

A szeizmikus hullámok útjainak és terjedési sebességének tanulmányozása a Föld belsejében lehetővé tette a föld belső szerkezetének szeizmikus modelljének kidolgozását.

A földrengés forrásából mélyen a Földbe terjedő szeizmikus hullámok a legjelentősebb hirtelen sebességváltozásokat tapasztalják, megtörik és visszaverődnek a mélyben elhelyezkedő szeizmikus szakaszokon. 33 kmÉs 2900 km a felszínről (lásd az ábrát). Ezek az éles szeizmikus határok lehetővé teszik a bolygó belsejének három fő belső geoszférára - a földkéregre, a köpenyre és a magra - osztását.

A földkérget éles szeizmikus határvonal választja el a köpenytől, amelynél a hosszanti és keresztirányú hullámok sebessége is hirtelen megnő. Így a nyíróhullámok sebessége meredeken növekszik a kéreg alsó részén lévő 6,7-7,6 km/s-ról a köpenyben 7,9-8,2 km/s-ra. Ezt a határvonalat 1909-ben fedezte fel Mohorović jugoszláv szeizmológus, és ezt követően nevezték el. Mohorović határ(gyakran röviden Moho határnak vagy M határnak nevezik). A határ átlagos mélysége 33 km (megjegyzendő, hogy ez nagyon hozzávetőleges érték a különböző geológiai szerkezetek eltérő vastagsága miatt); ugyanakkor a kontinensek alatt a Mohorovichichi szakasz mélysége elérheti a 75-80 km-t (amit fiatal hegyi építmények - Andok, Pamír - alatt rögzítenek), az óceánok alatt csökken, elérve a 3-4 minimális vastagságot. km.

A mélységben egy még élesebb szeizmikus határvonalat rögzítenek, amely elválasztja a köpenyt és a magot 2900 km. Ezen a szeizmikus szakaszon a P-hullám sebessége a köpeny alján mért 13,6 km/s-ról hirtelen 8,1 km/s-ra csökken a magban; S-hullámok - 7,3 km/s-ról 0-ra. A keresztirányú hullámok eltűnése azt jelzi, hogy a mag külső része folyadék tulajdonságaival rendelkezik. A magot és a köpenyt elválasztó szeizmikus határvonalat 1914-ben fedezte fel Gutenberg német szeizmológus, és gyakran ún. Gutenberg határ, bár ez a név nem hivatalos.

A hullámok sebességének és jellegének éles változásait 670 km és 5150 km mélységben rögzítik. Határ 670 km felosztja a köpenyt a felső köpenyre (33-670 km) és az alsó köpenyre (670-2900 km). Határ 5150 km felosztja a magot egy külső folyadékra (2900-5150 km) és egy belső szilárdra (5150-6371 km).

A szeizmikus szakaszban is jelentős változások figyelhetők meg 410 km, a felső köpeny két rétegre osztva.

A globális szeizmikus határokról kapott adatok alapot adnak a Föld mélyszerkezetének modern szeizmikus modelljének megfontolásához.

A szilárd Föld külső héja az földkéreg, amelyet a Mohorovic-határ határol. Ez egy viszonylag vékony héj, amelynek vastagsága az óceánok alatti 4-5 km-től a kontinentális hegyi építmények alatti 75-80 km-ig terjed. A felső kéreg jól látható a központi kéreg összetételében. üledékes réteg, amely nem metamorfizált üledékes kőzetekből áll, amelyek között vulkanikusok is jelen lehetnek, és az alatta konszolidált, vagy kristályos,ugat, amelyet metamorfizált és magmás intruzív kőzetek alkotnak.A földkéregnek két fő típusa van - kontinentális és óceáni, amelyek szerkezetükben, összetételében, eredetében és korában alapvetően különböznek egymástól.

kontinentális kéreg kontinensek és azok víz alatti szegélyei alatt fekszik, vastagsága 35-45 km-től 55-80 km-ig terjed, szakaszán 3 réteg különíthető el. A felső réteget általában üledékes kőzetek alkotják, köztük kis mennyiségű gyengén metamorfizált és magmás kőzet. Ezt a réteget üledékesnek nevezik. Geofizikailag alacsony, 2-5 km/s-os P-hullámsebesség jellemzi. Az üledékes réteg átlagos vastagsága körülbelül 2,5 km.
Alatta a felső kéreg (gránit-gneisz vagy „gránit” réteg), amely szilícium-dioxidban gazdag magmás és metamorf kőzetekből áll (átlagosan kémiai összetételében a granodioritnak felel meg). A P-hullámok sebessége ebben a rétegben 5,9-6,5 km/s. A bázison felső kéreg kiemelkedik a szeizmikus Conrad szakasz, amely a szeizmikus hullámok sebességének növekedését tükrözi az alsó kéregbe való átmenet során. De ezt a szakaszt nem mindenhol rögzítik: a kontinentális kéregben gyakran megfigyelhető a hullámsebesség fokozatos növekedése a mélységgel.
Az alsó kéregre (granulit-mafikus réteg) a nagyobb hullámsebesség (P-hullámoknál 6,7-7,5 km/s) jellemző, ami a kőzetek összetételében bekövetkezett változásnak köszönhető a felső köpenyből való átmenet során. A legelfogadottabb modell szerint összetétele granulitnak felel meg.

A kontinentális kéreg kialakulásában különböző geológiai korú kőzetek vesznek részt, egészen a legősibbek, mintegy 4 milliárd évesekig.

Óceán kéreg vastagsága viszonylag kicsi, átlagosan 6-7 km. Keresztmetszetében a legáltalánosabb formában két réteg különíthető el. A felső réteg üledékes, alacsony vastagság (átlagosan kb. 0,4 km) és alacsony P-hullámsebesség (1,6-2,5 km/s). Az alsó réteg „bazaltos” - alapvető magmás kőzetekből áll (felül - bazaltok, alul - bázikus és ultrabázisos intruzív kőzetek). A longitudinális hullámok sebessége a „bazalt” rétegben a bazaltok 3,4-6,2 km/s-ról a legalacsonyabb kéreghorizontokon 7-7,7 km/s-ra nő.

A modern óceáni kéreg legrégebbi kőzeteinek kora körülbelül 160 millió év.

Palást Térfogatát és tömegét tekintve ez a Föld legnagyobb belső héja, felül a Moho határa, alul pedig a Gutenberg határ. Egy felső és egy alsó köpenyből áll, amelyeket 670 km-es határ választ el.

A geofizikai jellemzők szerint a felső mánia két rétegre oszlik. Felső réteg - kéreg alatti köpeny- Moho határától 50-80 km mélységig az óceánok alatt és 200-300 km mélységig a kontinensek alatt, és mind a hosszanti, mind a keresztirányú szeizmikus hullámok sebességének egyenletes növekedése jellemzi, ami a kőzetek tömörödésével magyarázható a fedőrétegek litosztatikus nyomása miatt. A kéreg alatti köpeny alatt a 410 km-es globális határfelületig alacsony sebességű réteg található. Ahogy a réteg neve is sugallja, a szeizmikus hullámok sebessége benne kisebb, mint a kéreg alatti köpenyben. Ezen túlmenően egyes területeken vannak olyan lencsék, amelyek egyáltalán nem sugároznak S-hullámot, ami azt ad okot, hogy ezeken a területeken a köpenyanyag részben megolvadt állapotban van. Ezt a réteget asztenoszférának nevezik ( görögből "asthenes" - gyenge és "sphair" - gömb); a kifejezést 1914-ben J. Burrell amerikai geológus vezette be, az angol nyelvű irodalomban gyakran LVZ-ként emlegetik - Alacsony sebességű zóna. És így, asztenoszféra- Ez egy réteg a felső köpenyben (az óceánok alatt körülbelül 100 km-es mélységben, a kontinensek alatt körülbelül 200 km-es vagy annál nagyobb mélységben található), amelyet a szeizmikus hullámok sebességének csökkenése alapján azonosítanak, és amelynek erőssége és viszkozitás. Az asztenoszféra felületét jól megalapozza az ellenállás éles csökkenése (körülbelül 100 Ohm értékig . m).

Egy műanyag asztenoszférikus réteg jelenléte, amely különbözik a mechanikai tulajdonságok tömör fedőrétegekből, alapot ad a kiemeléshez litoszféra- a Föld szilárd héja, beleértve a földkérget és az asztenoszféra felett elhelyezkedő kéreg alatti köpenyt. A litoszféra vastagsága 50-300 km. Meg kell jegyezni, hogy a litoszféra nem a bolygó monolit kőzethéja, hanem külön lemezekre van osztva, amelyek folyamatosan mozognak a műanyag asztenoszféra mentén. A földrengések és a modern vulkanizmus gócai a litoszféra lemezeinek határaira korlátozódnak.

A 410 km-es szakasz alatt a felső köpenyben mindenhol P- és S-hullámok terjednek, sebességük a mélységgel viszonylag monoton módon növekszik.

BAN BEN alsó köpeny, amelyet éles, 670 km-es globális határ választ el, a P- és S-hullámok sebessége monoton módon, hirtelen változások nélkül 13,6, illetve 7,3 km/s-ra nő a Gutenberg-szakaszig.

A külső magban a P hullámok sebessége meredeken csökken 8 km/s-ra, az S hullámok pedig teljesen eltűnnek. A keresztirányú hullámok eltűnése arra utal, hogy a Föld külső magja folyékony állapotban van. Az 5150 km-es szakasz alatt van egy belső mag, amelyben a P hullámok sebessége megnő, és az S hullámok ismét terjedni kezdenek, jelezve annak szilárd állapotát.

A fent leírt Föld sebességi modelljének alapvető következtetése az, hogy bolygónk egy sor koncentrikus héjból áll, amelyek egy vasmagot, egy szilikátköpenyt és egy alumínium-szilikát kérget képviselnek.

A Föld geofizikai jellemzői

A tömeg megoszlása ​​a belső geoszférák között

A Föld tömegének zöme (körülbelül 68%) a viszonylag könnyű, de nagy térfogatú köpenyére esik, körülbelül 50%-a az alsó és körülbelül 18%-a a felső köpenyre. A Föld teljes tömegének fennmaradó 32%-a főként a magból származik, amelynek folyékony külső része (a Föld teljes tömegének 29%-a) sokkal nehezebb, mint a szilárd belső rész (kb. 2%). A bolygó teljes tömegének csak kevesebb, mint 1%-a maradt a kérgen.

Sűrűség

A héjak sűrűsége természetesen növekszik a Föld közepe felé (lásd az ábrát). A kéreg átlagos sűrűsége 2,67 g/cm3; Moho határán ugrásszerűen 2,9-3,0-ról 3,1-3,5-re nő g/cm3. A köpenyben a sűrűség a szilikát anyag összenyomódása és a fázisátalakulások (az anyag kristályszerkezetének átrendeződése a növekvő nyomáshoz való „adaptáció” során) következtében fokozatosan növekszik a kéreg alatti rész 3,3 g/cm 3 -ről 5,5 g/cm-re. 3 az alsó köpeny alsó részein . A gutenbergi határnál (2900 km) a sűrűség csaknem megduplázódik, a külső magban 10 g/cm 3 -ig. Egy másik sűrűségugrás - 11,4-ről 13,8 g/cm 3 -re - a belső és a külső mag határán (5150 km) következik be. Ez a két éles sűrűségugrás eltérő természetű: a köpeny/mag határán az anyag kémiai összetételének változása következik be (átmenet a szilikátköpenyből a vasmagba), az 5150 km-es határon történő ugrás pedig egy az aggregációs állapot változása (átmenet a folyékony külső magból a szilárd belső magba) . A Föld középpontjában az anyag sűrűsége eléri a 14,3 g/cm 3 -t.

Nyomás

A Föld belsejében uralkodó nyomást a sűrűségmodell alapján számítják ki. A nyomás növekedése a felszíntől való távolság függvényében több okból is adódik:

összenyomás a fedőhéjak súlya miatt (litosztatikus nyomás);

fázisátalakulások homogén kémiai összetételű héjakban (különösen a köpenyben);

különbségek a héjak kémiai összetételében (kéreg és köpeny, köpeny és mag).

A kontinentális kéreg alján a nyomás körülbelül 1 GPa (pontosabban 0,9 * 10 9 Pa). A Föld köpenyében a nyomás fokozatosan növekszik, a Gutenberg-határon eléri a 135 GPa-t. A külső magban a nyomásgradiens növekszik, a belső magban pedig éppen ellenkezőleg, csökken. Számított értékek a nyomás a belső és a külső mag határán, illetve a Föld középpontja közelében 340, illetve 360 ​​GPa.

Hőfok. Hőenergia források

A bolygó felszínén és belsejében lezajló geológiai folyamatokat elsősorban a hőenergia okozza. Az energiaforrásokat két csoportra osztják: endogén (vagy belső) forrásokra, amelyek a bolygó bélrendszerében történő hőtermeléssel kapcsolatosak, és külső (vagy a bolygón kívüli) energiaforrásokra. A felszín alatti hőenergia áramlásának intenzitása a felszín felé tükröződik a geotermikus gradiens nagyságában. Geotermikus gradiens– hőmérséklet-emelkedés a mélységgel, 0 C/km-ben kifejezve. A „fordított” jellemző az geotermikus színpad– mélység méterben, melyre bemerítéskor a hőmérséklet 1 0 C-kal emelkedik. A geotermikus gradiens átlagos értéke a földkéreg felső részén 30 0 C/km, a modern területeken 200 0 C/km között mozog. aktív magmatizmus 5 0 C/km-re a nyugodt tektonikus rezsimű területeken. A mélységgel a geotermikus gradiens értéke jelentősen csökken, a litoszférában átlagosan 10 0 C/km, a köpenyben pedig kevesebb, mint 1 0 C/km. Ennek oka a hőenergia-források eloszlásában és a hőátadás jellegében rejlik.

Endogén energiaforrások a következők.
1. Mélygravitációs differenciálódás energiája, azaz hőleadás egy anyag sűrűség szerinti újraeloszlása ​​során a kémiai és fázisátalakítások során. Az ilyen átalakulások fő tényezője a nyomás. A mag-köpeny határvonalat tekintik ezen energia felszabadulásának fő szintjének.
2. Radiogén hő, amely a radioaktív izotópok bomlása során lép fel. Egyes számítások szerint ez a forrás a Föld által kibocsátott hőáramlás mintegy 25%-át határozza meg. Figyelembe kell azonban venni, hogy a főbb hosszú élettartamú radioaktív izotópok - urán, tórium és kálium - megnövekedett tartalma csak a kontinentális kéreg felső részén (izotópdúsítási zóna) figyelhető meg. Például az urán koncentrációja a gránitokban eléri a 3,5 10 -4%, üledékes kőzetekben - 3,2 10 -4%, míg az óceáni kéregben elhanyagolható: körülbelül 1,66 10 -7%. Így a radiogén hő egy további hőforrás a kontinentális kéreg felső részén, amely meghatározza a geotermikus gradiens magas értékét a bolygó ezen területén.
3. Maradékhő, a bolygó kialakulása óta a mélyben megőrződött.
4. Szilárd árapály, amit a Hold vonzása okoz. A kinetikus árapályenergia hővé alakulása a kőzetrétegek belső súrlódása miatt következik be. Ennek a forrásnak a részesedése a teljes hőmérlegben kicsi - körülbelül 1-2%.

A litoszférában a vezetőképes (molekuláris) hőátadási mechanizmus dominál, a Föld szublitoszférikus köpenyében egy túlnyomórészt konvektív hőátadási mechanizmusra való átmenet következik be.

A bolygó belsejében a hőmérséklet kiszámítása a következő értékeket adja: a litoszférában körülbelül 100 km mélységben a hőmérséklet körülbelül 1300 0 C, 410 km mélységben - 1500 0 C, 670 km mélységben - 1800 0 C, a mag és a köpeny határán - 2500 0 C, 5150 km mélységben - 3300 0 C, a Föld középpontjában - 3400 0 C. Ebben az esetben csak a fő (és a legvalószínűbb) mély zónákra) hőforrást vettek figyelembe - a mélygravitációs differenciálódás energiáját.

Az endogén hő meghatározza a globális geodinamikai folyamatok lefolyását. beleértve a litoszféra lemezek mozgását

A bolygó felszínén a legfontosabb szerepet az exogén forrás hő - napsugárzás. A felszín alatt a naphő hatása jelentősen csökken. Már kis mélységben (20-30 m-ig) van egy öv állandó hőmérsékletek– a mélységek azon tartománya, ahol a hőmérséklet állandó marad, és megegyezik a régió évi átlagos hőmérsékletével. Az állandó hőmérséklet öve alatt a hő endogén forrásokhoz kapcsolódik.

Föld mágnesessége

A Föld egy óriási mágnes mágnessel erőtérés mágneses pólusok, amelyek a földrajzi pólusokhoz közel helyezkednek el, de nem esnek egybe velük. Ezért a mágneses iránytű tűjének leolvasásában különbséget tesznek a mágneses deklináció és a mágneses inklináció között.

Mágneses elhajlás a mágneses iránytű tűjének iránya és a földrajzi meridián egy adott pontban bezárt szöge. Ez a szög a sarkoknál lesz a legnagyobb (90 0-ig), és a legkisebb az egyenlítőnél (7-8 0).

Mágneses hajlás– a mágnestűnek a horizonthoz képesti dőlése által bezárt szög. Ahogy közeledik a mágneses pólushoz, az iránytű tűje függőleges helyzetbe kerül.

Feltételezzük, hogy a mágneses tér megjelenése a Föld forgása során fellépő elektromos áramrendszereknek köszönhető, a folyékony külső mag konvektív mozgásaival összefüggésben. A teljes mágneses mező a Föld fő mezőjének és a földkéreg kőzeteiben lévő ferromágneses ásványok által okozott mező értékéből áll. A mágneses tulajdonságok jellemzőek a ferromágneses ásványokra, mint például a magnetit (FeFe 2 O 4), hematit (Fe 2 O 3), ilmenit (FeTiO 2), pirrotit (Fe 1-2 S) stb. mágneses anomáliák miatt. Ezeket az ásványokat a maradék mágnesezés jelensége jellemzi, amely örökli a Föld mágneses terének ezen ásványok kialakulása során fennálló tájolását. A Föld mágneses pólusainak elhelyezkedésének rekonstrukciója a különböző geológiai korszakokban azt jelzi, hogy a mágneses tér időszakosan tapasztalható. inverzió- változás, amelyben a mágneses pólusok helyet cseréltek. A geomágneses mező mágneses előjelének megváltoztatásának folyamata több száztól több ezer évig tart, és a Föld fő mágneses mezejének erősségének közel nullára való intenzív csökkenésével kezdődik, majd fordított polaritás jön létre, és egy idő után a feszültség gyors helyreállítását követi, de az ellenkező előjelű. északi sarkátvette a déli helyét, és fordítva, körülbelül 5-ször 1 millió évenként. A mágneses tér jelenlegi orientációját körülbelül 800 ezer évvel ezelőtt állapították meg.

A Föld szerkezetének tanulmányozási módszerei

A Földre vonatkozó speciális tudományok többsége a felszínével kapcsolatos tudomány, beleértve a légkört is. Egészen addig, amíg az ember 12-15 km-nél mélyebben behatolt a Földbe (Kola szupermély kút). Körülbelül 200 km-es mélységből a felszín alatti anyagokat különböző módokon szállítják ki, és elérhetővé válik a kutatás számára. A mélyebb rétegekre vonatkozó információkat közvetett módszerekkel nyerjük:

Különféle típusú szeizmikus hullámok áthaladásának természetének regisztrálása a föld belsejében, a meteoritok mint a múlt reliktummaradványainak tanulmányozása, amely tükrözi a protoplanetáris felhő anyagának összetételét és szerkezetét a szárazföldi bolygók képződési zónájában. Ennek alapján következtetéseket vonnak le arra vonatkozóan, hogy egy bizonyos típusú meteorit anyaga egybeesik a földmélység bizonyos rétegeinek anyagával. A Föld belsejének összetételére vonatkozó, a földre hulló meteoritok kémiai és ásványtani összetételére vonatkozó adatok alapján tett következtetések nem tekinthetők megbízhatónak, mivel nincs általánosan elfogadott modell a Naprendszer kialakulására és fejlődésére.

A Föld szerkezete

A föld belsejének szeizmikus hullámokkal való szondázása lehetővé tette héjszerkezetük és differenciált kémiai összetételük megállapítását.

Három fő koncentrikusan elhelyezkedő régió van: mag, köpeny, kéreg. A mag és a köpeny pedig további héjakra van osztva, amelyek különböznek egymástól fizikai és kémiai tulajdonságok(51. ábra).

51. ábra A Föld szerkezete

A mag a Föld geoidjának központi részét foglalja el, és 2 részre oszlik. Belső mag szilárd állapotban van, körül van véve külső mag, folyékony fázisban maradva. A belső és a külső mag között nincs egyértelmű határ, megkülönböztetik őket átmeneti zóna. Úgy gondolják, hogy a mag összetétele megegyezik a vasmeteoritok összetételével. A belső mag vasból (80%) és nikkelből (20%) áll. A megfelelő ötvözet a föld belsejében lévő nyomáson 4500 0 C nagyságrendű olvadáspontú. A külső mag vasat (52%) és eutektikumot (folyékony szilárdanyag-keveréket) tartalmaz, amelyet vas és kén alkot (48%). Nem zárható ki egy kis nikkelkeverék sem. Egy ilyen keverék olvadáspontját 3200 0 C-ra becsülik. Annak érdekében, hogy a belső mag szilárd, a külső mag pedig folyékony maradjon, a hőmérséklet a Föld középpontjában nem haladhatja meg a 4500 0 C-ot, de nem lehet alacsonyabb, mint 3200 0 C. folyékony halmazállapot A külső magot a Föld mágnesességének természetére vonatkozó elképzelések kötik össze.

A bolygó mágneses mezejének természetéről a távoli múltban végzett paleomágneses vizsgálatok, amelyek a földi kőzetek remanens mágnesezettségének mérésén alapulnak, kimutatták, hogy több mint 80 millió éven keresztül nemcsak mágneses térerősség volt jelen, hanem többszörös szisztematikus mágnesezettség-megfordulás is. aminek következtében az északi és déli mágneses pólus A földek helyet cseréltek. A polaritásváltozás időszakaiban a mágneses tér teljes eltűnésének pillanatai következtek be. Ezért földi mágnesességet nem lehet létrehozni állandómágnes a mag vagy annak valamely részének stacionárius mágnesezettsége miatt. Úgy tartják, hogy a mágneses mezőt az öngerjesztett dinamóeffektusnak nevezett folyamat hozza létre. A dinamó forgórészének (mozgó elemének) szerepét a folyékony mag tömege tölti be, amely a Föld tengelye körül forogva mozog, a gerjesztőrendszert pedig olyan áramok alkotják, amelyek zárt hurkokat hoznak létre a mag gömbjén belül. .

A köpeny sűrűsége és kémiai összetétele a szeizmikus hullámok szerint élesen eltér a mag megfelelő jellemzőitől. A köpenyt különféle szilikátok (szilícium alapú vegyületek) alkotják. Feltételezik, hogy az alsó köpeny összetétele hasonló a köves meteoritokhoz (kondritokhoz).

A felső köpeny közvetlenül kapcsolódik a legkülső réteghez - a kéreghez. „Konyhának” tartják, ahol a kérget vagy azok félkész termékeit alkotó kőzetek közül sok készül. Feltételezik, hogy a felső köpeny olivinből (60%), piroxénből (30%) és földpátból (10%) áll. Ennek a rétegnek bizonyos zónáiban az ásványok részleges megolvadása következik be, és lúgos bazaltok képződnek - az óceáni kéreg alapja. Az óceánközépi gerincek repedéstörései révén a bazaltok a köpenyből a Föld felszínére kerülnek. De nem ez az egyetlen kölcsönhatás a kéreg és a köpeny között. A törékeny, nagy merevségű kéreg az alatta lévő köpeny egy részével együtt mintegy 100 km vastag speciális réteget képez, ún. litoszféra. Ez a réteg a felső köpenyen nyugszik, amelynek sűrűsége észrevehetően nagyobb. A felső köpenynek van egy olyan tulajdonsága, amely meghatározza a litoszférával való kölcsönhatás jellegét: rövid távú terhelések esetén merev anyagként, hosszú távú terhelés esetén pedig műanyagként viselkedik. A litoszféra állandó terhelést okoz a felső köpenyen és nyomása alatt az alatta lévő réteg, ún. asztenoszféra, műanyag tulajdonságokat mutat. A litoszféra „lebeg” benne. Ezt a hatást ún izosztázia.

Az asztenoszféra pedig a köpeny mélyebb rétegein nyugszik, melynek sűrűsége és viszkozitása a mélységgel nő. Ennek oka a kőzetek összenyomódása, ami egyesek szerkezeti átalakulását okozza kémiai vegyületek. Például a kristályos szilícium normál állapotában 2,53 g/cm 3 sűrűségű, a megnövekedett nyomás és hőmérséklet hatására átalakul egyik módosulatává, az úgynevezett stishovitté, amelynek sűrűsége eléri a 4,25 g/cm 3 -t. A szilícium ezen módosításából álló szilikátok nagyon kompakt szerkezetűek. Általánosságban elmondható, hogy a litoszféra, az asztenoszféra és a köpeny többi része egy háromrétegű rendszernek tekinthető, amelynek minden része mozgékony a többi alkotóelemhez képest. A nem túl viszkózus és képlékeny asztenoszférára épülő könnyű litoszféra különösen mozgékony.

A litoszféra felső részét alkotó földkéreg főként nyolc kémiai elemből áll: oxigén, szilícium, alumínium, vas, kalcium, magnézium, nátrium és kálium. A kéreg össztömegének fele oxigén, amely kötött állapotban, főként fémoxidok formájában van benne. A földkéreg geológiai jellemzőit a légkör, a hidroszféra és a bioszféra - a bolygó e három külső héja - együttes hatása határozza meg. A kéreg és a külső héj összetétele folyamatosan megújul. A mállásnak és a bontásnak köszönhetően a kontinentális felszín anyaga 80-100 millió év alatt teljesen megújul. A kontinentális anyagok elvesztését kéregük világi felemelkedése kompenzálja. A baktériumok, növények és állatok létfontosságú tevékenységét a légkörben lévő szén-dioxid teljes változása 6-7 év alatt, az oxigén 4000 év alatt kíséri. A hidroszféra teljes tömege (1,4 · 10 18 t) 10 millió év alatt teljesen megújul. A bolygó felszínén az anyag még alapvetőbb körforgása olyan folyamatokban megy végbe, amelyek az összes belső héjat egyetlen rendszerbe kapcsolják.

Vannak álló, függőleges áramlások, amelyeket köpenysugárnak neveznek; ezek az alsó köpenyből a felső köpenybe emelkednek, és oda szállítanak gyúlékony anyagot. Az azonos természetű jelenségek közé tartoznak a lemezen belüli „forró mezők”, amelyek különösen a Föld geoidjának alakjának legnagyobb anomáliáihoz kapcsolódnak. Így a föld belsejében az életmód rendkívül összetett. A mobilista pozícióktól való eltérések nem ássák alá a tektonikus lemezek gondolatát és azok vízszintes mozgását. De lehetséges, hogy a közeljövőben egy általánosabb elmélet jelenik meg a bolygóról, figyelembe véve a vízszintes lemezmozgásokat és az éghető anyagok nyílt függőleges átvitelét a köpenyben.

A Föld legfelső héjai - a hidroszféra és az atmoszféra - észrevehetően különböznek a többi héjától szilárd bolygók. Tömegében ez a földgömb nagyon kis része, nem több, mint a teljes tömegének 0,025%-a. De ezeknek a kagylóknak a jelentősége a bolygó életében óriási. A hidroszféra és az atmoszféra a bolygó kialakulásának korai szakaszában, és talán a kialakulásával egy időben keletkezett. Kétségtelen, hogy az óceán és a légkör 3,8 milliárd évvel ezelőtt létezett.

A Föld kialakulása egyetlen folyamatot követett, amely a belső tér kémiai differenciálódását és a modern légkör és hidroszféra előfutárainak megjelenését idézte elő. Először nehéz, nem illékony anyagok szemcséiből alakult ki a Föld protomagja, majd nagyon gyorsan hozzákapcsolta azt az anyagot, amelyből később a köpeny lett. És amikor a Föld megközelítőleg elérte a Mars méretét, elkezdődött a bombázási időszak planetesimalia. A becsapódásokat a föld kőzeteinek erős helyi felmelegedése és olvadása kísérte, ill planetesimalia. Ezzel egyidejűleg a kőzetekben lévő gázok és vízgőzök szabadultak fel. És mivel a bolygó átlagos felszíni hőmérséklete alacsony maradt, a vízgőz lecsapódott, és egyre növekvő hidroszférát alkotott. Ezekben az ütközésekben a Föld elvesztette a hidrogént és a héliumot, de megtartotta a nehezebb gázokat. A nemesgázok izotóptartalma a modern légkörben lehetővé teszi számunkra, hogy megítéljük azokat a forrást, amely ezeket létrehozta. Ez az izotóp-összetétel összhangban van a gázok és a víz becsapódási eredetére vonatkozó hipotézissel, de ellentmond annak a hipotézisnek, amely szerint a Föld belsejének fokozatos gáztalanítása a légkör és a hidroszféra kialakulásának forrása. Az óceán és a légkör minden bizonnyal nemcsak a Föld, mint kialakult bolygó története során létezett, hanem a fő akkréciós szakaszban is, amikor az ősföld akkora volt, mint a Mars.

A hidroszféra és az atmoszféra kialakulásának fő mechanizmusának tekintett ütési gáztalanítás gondolata egyre nagyobb elismerést nyer. Laboratóriumi kísérletek igazolták, hogy az ütközési folyamatok képesek észrevehető mennyiségű gázt, köztük molekuláris oxigént felszabadítani a földkőzetekből. Ez azt jelenti, hogy bizonyos mennyiségű oxigén jelen volt a föld légkörében már azelőtt, hogy a bioszféra felbukkant volna rajta. A légköri oxigén egy részének abiogén eredetére vonatkozó elképzeléseket más tudósok is előterjesztettek.

Mindkét külső héj – a légkör és a hidroszféra – szoros kölcsönhatásban van egymással és a Föld többi héjával, különösen a litoszférával. Közvetlenül befolyásolja őket a Nap és az űr. Ezen héjak mindegyike nyitott rendszer, amely bizonyos autonómiával és saját belső fejlődési törvényeivel rendelkezik. Mindenki, aki a levegő és a víz óceánjait tanulmányozza, meg van győződve róla. Hogy a vizsgált tárgyak a szervezet elképesztő finomságáról és az önszabályozás képességéről árulkodnak. Ugyanakkor a Föld egyik rendszere sem esik ki az általános együttesből, és közös létezésük nemcsak a részek összességét mutatja, hanem egy új minőséget.

A Föld héjak közössége között a bioszféra különleges helyet foglal el. Lefedi a litoszféra felső rétegét, szinte a teljes hidroszférát és a légkör alsó rétegeit. A „bioszféra” kifejezést 1875-ben E. Suess osztrák geológus vezette be a tudományba (1831-1914). A bioszféra alatt a bolygó felszínén élő anyagok összességét és annak élőhelyét tartották. Új jelentés Ezt a koncepciót V.I. Vernadsky, aki a bioszférát szisztémás képződménynek tekintette. Ennek a rendszernek a jelentősége túlmutat a tisztán földi világon, amely kozmikus léptékű kapcsolatot jelent.

A Föld kora

1896-ban fedezték fel a radioaktivitás jelenségét, ami a radiometrikus kormeghatározási módszerek kifejlesztéséhez vezetett. Ennek lényege a következő. Egyes elemek (urán, rádium, tórium és mások) atomjai nem maradnak állandóak. Az eredeti, anyaelemnek nevezett elem spontán szétesik, stabil lányává válik. Például a bomló urán - 238 - ólommá - 206, a kálium - 40 - argonná - 40 alakul. Az ásványban lévő anya- és leányelemek számának mérésével kiszámíthatja a kialakulása óta eltelt időt: minél nagyobb a leányelemek százaléka, annál idősebb az ásvány.

A radiometrikus kormeghatározás szerint a Föld legrégebbi ásványai 3,96 milliárd évesek, a legrégebbi egykristályok pedig 4,3 milliárd évesek. A tudósok úgy vélik, hogy maga a Föld régebbi, mivel a radiometrikus számlálást az ásványok kristályosodásának pillanatától végzik, és a bolygó olvadt állapotban létezett. Ezek az adatok, párosulva a meteoritokban lévő ólomizotópok vizsgálatának eredményeivel, arra engednek következtetni, hogy minden Naprendszer körülbelül 4,55 milliárd évvel ezelőtt alakult ki.

5.5. A kontinensek eredete. A földkéreg evolúciója: a litoszféra lemezeinek tektonikája

1915-ben A. Wegener (1880 - 1930) német geofizikus a kontinensek körvonalai alapján azt javasolta, hogy a geológiai időszakban egyetlen földtömeg létezett, amelyet ő ún. Pangea(a görög „egész föld”) szóból. Pangea Lauráziára és Gondwanára szakadt. 135 millió évvel ezelőtt Afrika elvált Dél-Amerikától, 85 millió éve pedig Észak-Amerika Európától; 40 millió évvel ezelőtt az indiai kontinens ütközött Ázsiával és Tibettel, és megjelent a Himalája.

A döntő érv e koncepció elfogadása mellett a 20. század 50-es éveiben az óceánfenék tágulásának empirikus felfedezése volt, amely a litoszférikus lemeztektonika létrejöttének kiindulópontjaként szolgált. Jelenleg úgy gondolják, hogy a kontinensek eltávolodnak egymástól a felfelé és oldalra irányított mély konvektív áramok hatására, amelyek húzzák azokat a lemezeket, amelyeken a kontinensek lebegnek. Ezt az elméletet megerősítik a bolygónkon élő állatok elterjedésére vonatkozó biológiai adatok is. A lemeztektonikán alapuló kontinentális sodródás elmélete ma már általánosan elfogadott a geológiában.

Szintén ezt az elméletet támasztja alá, hogy Dél-Amerika keleti partvonala feltűnően egybeesik Nyugat-Afrika partvonalával, Észak-Amerika keleti partvonala pedig Nyugat-Európa partvonalával.

Az egyik modern elméletek amelyek a földkéregben zajló folyamatok dinamikáját magyarázzák, az úgynevezett neomobilizmus elmélete. Eredete a 20. század 60-as éveinek végére nyúlik vissza, és a szenzációs felfedezés okozta az óceán fenekén egy összefonódó hegyláncot. föld. A szárazföldön nincs ilyen. Az Alpok, a Kaukázus, a Pamír, a Himalája, még együtt is, összehasonlíthatatlanok a Világóceán középső gerinceinek felfedezett sávjával. Hossza meghaladja a 72 ezer km-t.

Úgy tűnt, az emberiség felfedezett egy korábban ismeretlen bolygót. Szűk mélyedések és nagy medencék jelenléte, a középső gerincek tengelye mentén szinte folyamatosan húzódó mély szurdokok, hegyek ezrei, víz alatti földrengések, aktív vulkánok, erős mágneses, gravitációs és termikus anomáliák, forró mélytengeri források, kolosszális ferromangán-felhalmozódások csomók – mindezt rövid idő alatt fedezték fel az óceán fenekén.

Mint kiderült, az óceáni kérget folyamatos megújulás jellemzi. A hasadék alján ered, a tengely mentén elvágva a középső gerinceket. Maguk a gerincek ugyanabból a betűtípusból származnak, és szintén fiatalok. Óceáni kéreg„meghal” a hasadás helyén - ahol a szomszédos lemezek alá mozog. A bolygó mélyére, a köpenybe süllyedve és megolvadva sikerül feladnia önmagának egy részét a rajta felgyülemlett üledékekkel együtt az építkezéshez. kontinentális kéreg. A Föld belsejének sűrűségi rétegződése egyfajta áramlást idéz elő a köpenyben. Ezek az áramlatok anyagokat biztosítanak az óceán fenekének növekedéséhez. Emellett a Világóceánból kiálló kontinensekkel rendelkező globális lemezek sodródását is okozzák. A litoszféra nagy lemezeinek elsodródását, amelyeken szárazföld emelkedik, nevezzük neomobilizmus.

A kontinensek mozgását most űrhajók megfigyelései igazolták. A kutatók saját szemükkel látták az óceánkéreg születését, közeledve az Atlanti-, a Csendes- és az Indiai-óceán fenekéhez, valamint a Vörös-tengerhez. A modern mélytengeri búvártechnikák segítségével az akvanauták repedéseket fedeztek fel a fenéken, és fiatal vulkánokat fedeztek fel az ilyen „repedésekből”.