Vienu metu ir aš pradėjau domėtis, kas yra po mūsų kojomis, ir pradėjau tai tyrinėti plačiau. Studijų problema vidinė struktūra o mūsų planetos sudėtis nuo seno traukė mokslininkų dėmesį. Reikšmingiausi rezultatai pasiekti XX amžiuje, nes sudėtingumu ir svarba ši užduotis prilygsta erdvės tyrimams.

Žemės tyrimo metodai

Tirdami vidinę Žemės sandarą, jie naudojasi įvairių metodų, kurias galima jungti į dvi grupes: tiesioginio stebėjimo metodus ir netiesioginius tyrimo metodus. Pirmąjį tipą lengviausia suprasti mokslininkai tiesiog tiria uolienas, kasyklas ir medžiagas, kurios gaunamos gręžiant gręžinius. Įdomu tai, kad šiandien giliausios kasyklos siekia 6 km gylį, naftos gręžiniai – 9 km. Atskirai verta paminėti labai įdomų Kolos giluminį šulinį, esantį Kolos pusiasalyje. Jo gylis siekia 12,5 kilometro, todėl tai yra giliausias šulinys pasaulyje. Jis buvo sukurtas specialiai tiriamajam darbui. Trumpai tariant, tiesioginio stebėjimo būdu galima sužinoti apie Žemės sandarą maždaug 20 kilometrų gylyje.

Netiesioginio tyrimo metodai

Kitas, sudėtingesnis, tyrimo metodo tipas yra netiesioginiai metodai. Jie naudojami tiriant Žemės vidų, t.y. kas yra žemiau 20 km. Štai jų sąrašas:

• Seisminis.
• Gravimetrinis.
• Geomagnetinis.
• Geoelektrinis.

Svarbiausia iš jų yra seisminė, kuriai naudojamos seisminės bangos, jos keičia savo sklidimo greitį priklausomai nuo medžiagos, per kurią praeina. Yra dviejų tipų šios bangos: išilginės ir skersinės.

Paprasčiau tariant, šis metodas leido nustatyti ribas, skiriančias skirtingus Žemės apvalkalus vienas nuo kito, ir nustatyti, kokios jie yra: klampūs, skysti, kieti ir pan.

Apatinė eilutė

Šiandien žinome, kad Žemė turi tris apvalkalus: plutą, mantiją ir šerdį. Seisminis Žemės vidinės struktūros modelis atrodo taip, kaip parodyta aukščiau esančiame paveikslėlyje.

Žemės planetos tyrinėjimas Saulės sistemoje: istorija, paviršiaus aprašymas, erdvėlaivio paleidimas, sukimasis, orbita, pasiekimai, reikšmingos datos.

Kalbame apie savo gimtąją planetą, tad pažiūrėkime, kaip sekėsi Žemės tyrinėjimai. Iki XX amžiaus pradžios buvo ištirta didžioji dalis žemės paviršiaus, įskaitant jos vidinę struktūrą ir geografiją. Arktis ir Antarktida išliko paslaptingi. Šiandien beveik visos sritys buvo užfiksuotos ir suplanuotos dėl fotografinio kartografavimo ir radaro. Viena iš paskutinių tyrinėtų vietovių buvo Darieno pusiasalis, esantis tarp Panamos kanalo ir Kolumbijos. Anksčiau tyrimas buvo sunkus dėl nuolatinio lietaus, tankios augmenijos ir tankios debesuotumo.

Gilios planetos ypatybės ilgą laiką nebuvo tiriamos. Prieš tai tyrinėjome paviršiaus darinius. Tačiau po Antrojo pasaulinio karo jie pradėjo geofizinius tyrimus. Tam buvo naudojami specialūs jutikliai. Tačiau tokiu būdu buvo galima atsižvelgti į ribotą požeminio sluoksnio dalį. Pralįsti buvo galima tik po viršutine pluta. Didžiausias gylisšuliniai – 10 km.

Pagrindiniai Žemės tyrinėjimo tikslai ir pasiekimai

Mokslininkus tyrinėti Žemę skatina mokslinis smalsumas ir ekonominė nauda. Daugėja gyventojų, todėl didėja mineralų, vandens ir kitų svarbių medžiagų poreikis. Daug požeminių operacijų atliekama ieškant:

• nafta, anglis ir gamtinės dujos;
• komercinės (geležies, vario, urano) ir statybinės (smėlis, žvyras) medžiagos;
• požeminis vanduo;
• inžinerinio planavimo akmenys;
• geoterminiai rezervai elektrai ir šildymui;
• archeologija;

Taip pat reikėjo sukurti saugumą per tunelius, saugyklas, branduolines reakcijas ir užtvankas. O tai lemia poreikį numatyti žemės drebėjimo stiprumą ir laiką arba požeminio vandens lygį. Japonija ir JAV aktyviausiai įsitraukia į žemės drebėjimus ir ugnikalnius, nes šios šalys dažniausiai patiria tokias nelaimes. Periodiškai profilaktikai gręžiami gręžiniai.

Metodika ir priemonėsŽemės tyrinėjimas

Turėtumėte žinoti, kokie yra Žemės planetos tyrimo metodai. Geofizika naudoja magnetizmą, gravitaciją, atspindį, elastines arba akustines bangas, šilumos srautą, elektromagnetizmą ir radioaktyvumą. Dauguma matavimų atliekami paviršiuje, tačiau yra ir palydovinių, ir požeminių.

Svarbu suprasti, kas yra apačioje. Kartais naftos išgauti nepavyksta tik dėl kitos medžiagos bloko. Metodo pasirinkimas priklauso nuo fizinių savybių.

Lyginamoji planetologija

Astronomas Dmitrijus Titovas apie Saulės sistemos planetų tipus, atmosferų dinamiką ir šiltnamio efektą Marse bei Veneroje:

Nuotolinis jutimas

Naudojama orlaivių ir palydovų gauta EM spinduliuotė iš žemės ir atspindėta energija įvairiuose spektro diapazonuose. Metodai pagrįsti vaizdų derinių naudojimu. Tam iš skirtingų trajektorijų fiksuojami plotai ir kuriami trimačiai modeliai. Jie taip pat atliekami tam tikrais intervalais, todėl galite sekti pokyčius (pasėlių augimą per sezoną arba pokyčius dėl audrų ir lietaus).

Radaro spinduliai prasiskverbia pro debesis. Šoninis matomas radaras jautrus paviršiaus nuolydžio ir šiurkštumo pokyčiams. Optinis-mechaninis skaitytuvas įrašo šiltą infraraudonųjų spindulių energiją.

Dažniausiai naudojama Landsat technologija. Šią informaciją gauna daugiaspektriniai skaitytuvai, esantys kai kuriuose Amerikos palydovuose, esančiuose 900 km aukštyje. Filmuota medžiaga apima 185 km plotą. Naudojami matomi, IR, spektriniai, žali ir raudoni diapazonai.

Geologijoje šis metodas naudojamas reljefui, kalnų slenksčių atodangai ir litologijai apskaičiuoti. Taip pat galima fiksuoti augmenijos ir uolienų pokyčius, rasti gruntinį vandenį ir mikroelementų pasiskirstymą.

Magnetiniai metodai

Nepamirškime, kad Žemės tyrimai atliekami iš kosmoso, pateikiant ne tik planetos nuotraukas, bet ir svarbius mokslinius duomenis. Galite apskaičiuoti bendrą žemės magnetinį lauką arba konkrečius komponentus. Seniausias metodas yra magnetinis kompasas. Šiuo metu naudojami magnetiniai svarstyklės ir magnetometrai. Protonų magnetometras apskaičiuoja radijo dažnio įtampą, o optinis siurblys stebi mažiausius magnetinius svyravimus.

Magnetiniai tyrimai atliekami magnetometrais, skriejančiais lygiagrečiomis linijomis 2-4 km atstumu ir 500 m aukštyje. Jie gali būti dedami į specialias stotis arba judančius laivus.

Magnetiniai efektai susidaro dėl nuosėdinių uolienų sukurto įmagnetinimo. Uolos negali išlaikyti magnetizmo, jei temperatūra viršija 500°C, o tai yra 40 km gylio riba. Šaltinis turi būti giliau ir mokslininkai mano, kad būtent konvekcinės srovės sukuria lauką.

Gravitacijos metodai

Kosminiai Žemės tyrinėjimai apima įvairias kryptis. Gravitacinį lauką galima nustatyti krintant bet kuriam objektui vakuume, apskaičiuojant švytuoklės periodą ar kitais metodais. Mokslininkai naudoja gravimetrus – spyruoklės svorį, kuris gali išsitempti ir susispausti. Jie veikia 0,01 miligramo tikslumu.

Gravitacijos skirtumai atsiranda dėl vietinės plokštumos. Duomenims nustatyti užtrunka kelias minutes, tačiau padėties ir aukščio apskaičiavimas užtrunka ilgiau. Dažniausiai nuosėdinių uolienų tankis didėja didėjant gyliui, nes didėja slėgis ir prarandamas poringumas. Kai keltuvai perkelia uolienas arčiau paviršiaus, jie sudaro neįprastą gravitaciją. Neigiamų anomalijų sukelia ir mineralai, todėl supratimas gravitacija gali nurodyti naftos šaltinį, taip pat urvų ir kitų požeminių ertmių vietą.

Seisminės refrakcijos metodai

Mokslinis Žemės tyrimo metodas pagrįstas laiko intervalo nuo bangos pradžios iki jos atvykimo apskaičiavimu. Bangą gali sukurti sprogimas, krintantis svoris, oro burbulas ir pan. Jo paieškai naudojamas geofonas (žemė) ir hidrofonas (vanduo).

Seisminė energija į detektorių patenka įvairiais būdais. Iš pradžių, kol banga yra arti šaltinio, ji renkasi trumpiausius kelius, tačiau didėjant atstumui ji pradeda svyruoti. Per kūną gali praeiti dviejų tipų bangos: P (pirminė) ir S (antrinė). Pirmieji veikia kaip suspaudimo bangos ir juda maksimaliu pagreičiu. Antrieji yra šlyties, juda mažu greičiu ir negali praeiti per skysčius.

Pagrindinis paviršiaus tipas yra Rayleigh bangos, kai dalelė juda elipsiniu keliu vertikalioje plokštumoje nuo šaltinio. Horizontali dalis yra pagrindinė žemės drebėjimų priežastis.

Dauguma informacijos apie žemės struktūrą yra pagrįsta žemės drebėjimų analize, nes jie vienu metu sukuria keletą bangų režimų. Visi jie skiriasi judėjimo komponentais ir kryptimi. Inžineriniai tyrimai apima seklią seisminę refrakciją. Kartais užtenka paprasto smūgio kūju. Jie taip pat naudojami gedimų aptikimui.

Elektros ir EM metodai

Ieškant mineralų, metodai priklauso nuo elektrocheminio aktyvumo, varžos pokyčių ir poveikio dielektrinė konstanta. Pats potencialas pagrįstas metalinių sulfidų mineralų viršutinio paviršiaus oksidacija.

Atsparumas naudoja srovės perkėlimą iš generatoriaus į kitą šaltinį ir nustato potencialų skirtumą. Uolienų savitoji varža priklauso nuo poringumo, druskingumo ir kitų veiksnių. Uolos su moliu turi mažą varžą. Šis metodas gali būti naudojamas tiriant povandeninius vandenis.

Garsavimas tiksliai apskaičiuoja, kaip atsparumas keičiasi gyliui. Srovės, kurių diapazonas yra 500–5000 Hz, prasiskverbia giliai. Dažnis padeda nustatyti gylio lygį. Natūralios srovės atsiranda dėl atmosferos trikdžių arba saulės vėjo atakos viršutiniame sluoksnyje. Jie apima platų spektrą, todėl leidžia efektyviau tyrinėti skirtingus gylius.

Bet elektriniai metodai nesugeba įsiskverbti per giliai, todėl nesuteikia visos informacijos apie apatinius sluoksnius. Tačiau su jų pagalba galite tyrinėti metalų rūdas.

Radioaktyvūs metodai

Šiuo metodu galima nustatyti rūdas ar uolienas. Dauguma natūraliai atsirandančio radioaktyvumo gaunama iš urano, torio ir radioizotopo kalio. Scintilometras padeda aptikti gama spindulius. Pagrindinis skleidėjas yra kalis-40. Kartais uola yra sąmoningai apšvitinama, kad būtų galima išmatuoti poveikį ir atsaką.

Geoterminiai metodai

Temperatūros gradiento apskaičiavimas leidžia nustatyti anomaliją šilumos srautas. Žemė pripildyta įvairių skysčių, cheminė sudėtis ir kurių judėjimą lemia jautrūs detektoriai. Mikroelementai kartais siejami su angliavandeniliais. Geocheminiai žemėlapiai padeda surasti pramonines atliekas ir užterštas vietas.

Kasimas ir mėginių ėmimas

Identifikuoti Skirtingos rūšys kuro, reikia paimti mėginį. Daugelis šulinių yra sukurti sukamuoju būdu, kur skystis cirkuliuoja per antgalį tepimui ir aušinimui. Kartais naudojama perkusija, kai sunkus grąžtas nuleidžiamas ir pakeliamas, kad būtų nupjauti uolienų gabalai.

Išvados apie žemės gelmes

Apie formą jie sužinojo 1742–1743 m., o vidutinį tankį ir masę apskaičiavo Henry Cavendish 1797 m. Vėliau jie išsiaiškino, kad uolienų tankis paviršiuje yra mažesnis už vidutinį tankį, o tai reiškia, kad duomenys planetos viduje turėtų būti didesni.

1500-ųjų pabaiga William Gilbert tyrinėjo magnetinį lauką. Nuo tos akimirkos sužinojome apie dipolio prigimtį ir geomagnetinio lauko pokyčius. 1900-aisiais buvo stebimos žemės drebėjimų bangos. Ribai tarp plutos ir mantijos būdingas didelis greičio padidėjimas prie Mohorovičiaus pertraukos, kurios gylis yra 24–40 km. Riba tarp mantijos ir šerdies yra Gutenbergo pertrauka (gylis – 2800 km). Išorinė šerdis yra skysta, nes ji neperduoda skersinių bangų.

1950 m Įvyko revoliucija siekiant suprasti mūsų planetą. Žemynų dreifo teorijos išsivystė į plokščių tektoniką, tai yra, litosfera plūduriuoja astenosferoje. Plokštės pasislenka ir susidaro nauja vandenyno pluta. Be to, litosferos gali priartėti, tolti ir sudužti. Subdukcijos vietose įvyksta daug žemės drebėjimų.

Vandenyno pluta buvo aptikta per daugybę gręžinių. Plyšinėse vietose medžiaga iš mantijos šulinių atvėsta ir sukietėja. Palaipsniui kaupiasi nuosėdos ir susidaro bazaltinis pamatas. Pluta plona (5-8 km storio) ir beveik visa jauna (jaunesnė nei 200 000 000 metų). Tačiau relikvijos pasiekia 3,8 milijardo metų amžių.

Žemyninė pluta yra daug senesnė ir sudėtingiau formuojasi, todėl ją tirti sunkiau. 1975 metais mokslininkų komanda naudojo seisminius metodus, kad surastų naftos telkinius. Galiausiai jie atrado keletą žemo kampo traukos lakštų po Apalačų kalnais. Tai labai paveikė žemyno formavimosi teoriją.

ŽEMĖS STRUKTŪRA.

Leiskitės į įsivaizduojamą kelionę į Žemės centrą. Įsivaizduokime, kad judame gilyn, „pralenkdami“ Žemės storį kažkokiu fantastiniu sviediniu, kartu su Žiulio Verno knygos „Kelionė į Žemės centrą“ herojais.

Viršutinė Žemės danga yra žemės pluta. Jei palyginsite Žemę su obuoliu, tada žemės pluta bus tik plona jos odelė. Tačiau būtent šią „odą“ žmonės intensyviai naudoja. Ant jos paviršiaus statomi miestai, gamyklos ir gamyklos, iš jo gelmių išgaunamos įvairios mineralinės iškasenos, ji duoda žmonėms vandens, energijos, drabužių ir daug daug daugiau. Kadangi žemės pluta yra labiausiai viršutinis sluoksnisŽemė buvo ištirta geriausiai. Jo gelmėse glūdi žmogui labai vertingos uolienos ir mineralai, kuriuos jis išmoko panaudoti ūkyje.

Viršutinį žemės plutos sluoksnį sudaro gana minkštos uolienos. Jie susidaro dėl sunaikinimo kietos uolos(pavyzdžiui, smėlis), gyvūnų liekanų (kreida) arba augalų (anglies) nusėdimas, įvairių medžiagų nusėdimas jūrų ir vandenynų dugne ( druskos).
Kitas sluoksnisžemės pluta – granitas. Granitas vadinamas magminė uoliena. Jis susidarė iš magmos giliai žemės plutoje esant aukštai temperatūrai ir slėgiui. „Magma“ išvertus iš graikų kalbos reiškia „tirštas tepalas“. Tai išlydyta medžiaga iš žemės vidaus, užpildanti žemės plutos įtrūkimus. Jam sukietėjus susidaro granitas. Cheminė granito analizė rodo, kad jame yra daug įvairių mineralų – silicio dioksido, aliuminio, kalcio, kalio, natrio.

Po „granito“ sluoksnio yra sluoksnis, daugiausia sudarytas iš bazalto - gilios kilmės uolienų. Bazaltas yra sunkesnis už granitą ir jame yra daugiau geležies, magnio ir kalcio. Šie trys žemės plutos sluoksniai – nuosėdinis, „granitas“ ir „bazaltas“ – kaupia visus žmogaus naudojamus mineralus. Žemės plutos storis ne visur vienodas: nuo 5 km po vandenynais iki 75 km po žemynais. Po vandenynais, kaip taisyklė, nėra „granito“ sluoksnio.

Už žemės plutos, jei judate link Žemės centro, storiausias Žemės sluoksnis yra mantija(mokslininkai sako „galingiausias“). Niekas jos niekada nematė. Mokslininkai teigia, kad jį sudaro magnis, geležis ir švinas. Temperatūra čia apie +2000°C!

Žemės plutą nuo apatinės mantijos skiria vis dar paslaptinga Moho sluoksnis(pavadintas serbų seismologo Mohorovičiaus, atradusio 1909 m., vardu), kuriame seisminių bangų sklidimo greitis staigiai didėja.

Už akciją Chalatai sudaro apie 67% visos planetos masės. Kietas viršutinės mantijos sluoksnis, besitęsiantis į įvairias gelmes po vandenynais ir žemynais, kartu su žemės pluta vadinamas litosfera – kiečiausiu Žemės apvalkalu. Po juo yra sluoksnis, kuriame šiek tiek sumažėja seisminių bangų sklidimo greitis, o tai rodo savotišką medžiagos būseną. Šis sluoksnis, mažiau klampus ir plastiškesnis, palyginti su sluoksniais aukščiau ir žemiau, vadinamas astenosfera. Manoma, kad mantijos medžiaga nuolat juda, ir teigiama, kad gana giliuose mantijos sluoksniuose, kylant temperatūrai ir slėgiui, vyksta medžiagos perėjimas į tankesnes modifikacijas. Šį perėjimą patvirtina eksperimentiniai tyrimai.

Apatinėje mantijoje 2900 km gylyje staigus šuolis ne tik išilginių bangų greičiu, bet ir tankyje, o skersinės bangos čia visiškai išnyksta, o tai rodo uolienų medžiaginės sudėties pasikeitimą. Tai yra išorinė Žemės branduolio riba.

Mokslininkai nustatė, kad uolienų temperatūra didėja didėjant gyliui: vidutiniškai kas 30 m gylio Žemėje įšyla 1 C. Mantija gauna didžiulį šilumos kiekį iš Žemės šerdies, kuri yra dar karštesnė.

Esant milžiniškai temperatūrai, mantijos uolienos turi būti skystos, išlydytos. Bet taip neatsitinka, nes ant viršaus esančios uolienos daro spaudimą mantijai, o slėgis tokiame gylyje yra 13 tūkstančių kartų didesnis nei paviršiuje. Kitaip tariant, kiekvienam 1 cm 2 akmens prispaudžiama 13 tonų. Tiek sveria KAMAZ pakrautas asfaltu. Todėl, matyt, mantijos ir šerdies uolienos yra kietos būsenos. Išskiriama apatinė ir viršutinė mantija.

Mantijos sudėtis:
aliuminio, magnio, silicio, kalcio

Žmonės jau seniai pastebėjo, kad gilių kasyklų dugne uolienų temperatūra yra aukštesnė nei paviršiuje. Kai kurias kasyklas net teko apleisti, nes ten dirbti tapo neįmanoma, nes temperatūra siekė +50°C.

Žemės šerdis– vis dar yra mokslo paslaptis. Su tam tikru tikrumu galime kalbėti tik apie jo spindulį - maždaug 3500 km ir temperatūrą - apie 4000 ° C. Tai viskas, ką mokslas žino apie Žemės gelmių sandarą. Kai kurie mokslininkai laikosi nuomonės, kad mūsų šerdį sudaro geležis, kiti pripažįsta galimą didžiulės tuštumos egzistavimą mūsų planetos centre. Išskiriamos išorinės ir vidinės šerdys. Bet Niekas iš tikrųjų nežino, koks yra Žemės branduolys.

Žemės šerdis atidarytas 1936 m. Ją atvaizduoti buvo itin sunku dėl nedidelio jį pasiekusių ir į paviršių sugrįžusių seisminių bangų skaičiaus. Be to, laboratorijoje ilgą laiką buvo sunku atkurti ekstremalias šerdies temperatūras ir slėgius. Žemės šerdis yra padalinta į 2 atskirus regionus: skystas ( IŠORINĖ ŠERDIS) ir sunkus ( BHUTPEHHE), perėjimas tarp jų yra 5156 km gylyje. Geležis yra elementas, atitinkantis seismines šerdies savybes ir kurio gausu Visatoje, kad sudarytų maždaug 35% jos masės planetos šerdyje. Remiantis šiuolaikiniais duomenimis, išorinė šerdis yra besisukantis išlydytos geležies ir nikelio srautas, kuris gerai praleidžia elektrą. Būtent su ja siejama ir žemės magnetinio lauko kilmė, turint omenyje, kad skystoje šerdyje tekančios elektros srovės sukuria visuotinį magnetinį lauką. Mantijos sluoksniui, besiliečiančiam su išorine šerdimi, jis turi įtakos, nes šerdyje temperatūra yra aukštesnė nei mantijoje. Vietomis šis sluoksnis generuoja didžiulius šilumos ir masės srautus, nukreiptus į Žemės paviršių – plunksnas.

VIDINĖ KIETA ŠERDIS nesusijęs su mantija. Manoma, kad jo kietą būseną, nepaisant aukštos temperatūros, užtikrina milžiniškas slėgis Žemės centre. Buvo pasiūlyta, kad, be geležies ir nikelio lydinių, šerdyje turėtų būti ir lengvesnių elementų, tokių kaip silicis ir siera, o galbūt ir silicis bei deguonis. Žemės branduolio būklės klausimas vis dar diskutuotinas. Tolstant nuo paviršiaus, didėja medžiagos suspaudimas. Skaičiavimai rodo, kad žemės šerdyje slėgis gali siekti 3 mln. atm. Šiuo atveju daugelis medžiagų atrodo metalizuotos – jos pereina į metalinę būseną. Buvo net hipotezė, kad Žemės šerdį sudaro metalinis vandenilis.

Pagrindinė sudėtis:
geležis, nikelis.

Litosfera- tai kietas Žemės apvalkalas, susidedantis iš žemės plutos ir viršutinės mantijos dalies (iš graikų lithos – akmuo ir sphaira – rutulys). Yra žinoma, kad tarp litosferos ir Žemės mantijos yra glaudus ryšys.

Litosferos plokščių judėjimas.

Daugelis mokslininkų mano, kad litosfera dėl gilių lūžių yra padalinta į įvairaus dydžio blokus arba plokštes. Šios plokštės viena kitos atžvilgiu juda per suskystinto mantijos sluoksnį. Litosferos plokštės yra žemyninės ir vandenyninės (šiek tiek kalbėjome, kuo jos skiriasi). Kai kontinentinės ir vandenyninės plokštės sąveikauja, viena pereina ant kitos. Dėl mažesnio storio okeaninės plokštės kraštas tarsi „neria“ po žemyninės plokštės kraštu. Taip susidaro kalnai giliavandenių tranšėjų, salos lankai. Dauguma ryškus pavyzdys tokie dariniai yra Kurilų salos ir Andai.

Kokia jėga judina litosferos plokštes?
Mokslininkai savo judėjimą sieja su materijos judėjimu mantijoje. Mantija neša žemės plutą kaip plonas popieriaus lapas.
Litosferos plokščių ribos jų lūžimo ir susitikimo vietose yra aktyvios litosferos sritys, kuriose yra aktyviausi ugnikalniai ir kur dažni žemės drebėjimai. Šios sritys sudaro Žemės seismines juostas, besitęsiančias tūkstančius kilometrų. Pakartokime, kad terminas „seisminis“ kilęs iš graikiško žodžio seismos – vibracija.

Dėl Žemės šerdies šilumos pakyla mantijos medžiaga (kaip verdantis vanduo), susidaro vertikalūs mantijos srautai, kurie išstumia litosferos plokštes. Aušinant atsiranda srautai žemyn. Tada litosferos plokštės pasislenka, susiduria ir susidaro kalnai.

VIDINĖS ŽEMĖS STRUKTŪROS TYRIMO METODAI.

Objektai , Geologija tiria žemės plutą ir litosferą. Užduotys geologija:

Vidinių Žemės apvalkalų materialinės sudėties tyrimas;

Žemės vidinės sandaros tyrimas;

Litosferos ir žemės plutos raidos dėsningumų tyrimas;

Gyvybės Žemėje vystymosi istorijos studijavimas ir kt.

Metodai mokslai apima tiek geologiją, tiek susijusių mokslų metodus (dirvotyrą, archeologiją, glaciologiją, geomorfologiją ir kt.). Tarp pagrindinių metodų yra šie.

1. Lauko geologinių tyrimų metodai- geologinių atodangų, gręžimo metu išgautos šerdies medžiagos, uolienų sluoksnių kasyklose, išsiveržusių vulkaninių produktų tyrimas, paviršiuje vykstančių geologinių procesų tiesioginis lauko tyrimas.

2. Geofiziniai metodai- naudojamas giliajai Žemės ir litosferos sandarai tirti. Seisminiai metodai, remiantis išilginių ir skersinių bangų sklidimo greičio tyrimu, leido nustatyti vidinius Žemės apvalkalus. Gravimetriniai metodai, kurie tiria gravitacijos pokyčius Žemės paviršiuje, leidžia aptikti teigiamas ir neigiamas gravitacines anomalijas ir todėl rodo tam tikrų rūšių mineralų buvimą. Paleomagnetinis metodas tiria įmagnetintų kristalų orientaciją uolienų sluoksniuose. Nusodinantys feromagnetinių mineralų kristalai yra orientuoti savo ilga ašimi pagal magnetinio lauko linijų kryptis ir Žemės ašigalių įmagnetinimo požymius. Metodas pagrįstas magnetinių polių poliškumo ženklo nenuoseklumu (inversija). Šiuolaikinius poliarinio įmagnetinimo ženklus (Brunhes era) Žemė įgijo prieš 700 000 metų. Ankstesnė atvirkštinio įmagnetinimo era yra Matuyama.

3. Astronomijos ir kosmoso metodai remiantis meteoritų, litosferos potvynių ir atoslūgių tyrimais, taip pat kitų planetų ir Žemės tyrimais (iš kosmoso). Jie leidžia giliau suprasti Žemėje ir erdvėje vykstančių procesų esmę.

4. Modeliavimo metodai leisti atgaminti (ir tirti) geologinius procesus laboratorinėmis sąlygomis.

5. Aktualizmo metodas- geologiniai procesai, šiuo metu vykstantys tam tikromis sąlygomis, lemia tam tikrų uolienų kompleksų susidarymą. Vadinasi, tų pačių uolienų buvimas senoviniuose sluoksniuose rodo tam tikrus, identiškus šiuolaikinius procesus, vykusius praeityje.

6. Mineraloginiai ir petrografiniai metodai tyrinėti mineralus ir uolienas (mineralų paieška, Žemės raidos istorijos atkūrimas).

ŽEMĖS KILMĖS HIPOTEZĖ.

Remiantis šiuolaikinėmis kosmologinėmis koncepcijomis, žemė kartu su kitomis planetomis susiformavo maždaug prieš 4,5 milijardo metų iš gabalų ir šiukšlių, besisukančių aplink jaunąją Saulę. Jis augo, perimdamas aplinkinę medžiagą, kol pasiekė dabartinį dydį. Iš pradžių augimo procesas vyko labai greitai, o nuolatinis krintančių kūnų lietus turėjo smarkiai įkaisti, nes kinetinė energija dalelės virto šiluma. Smūgių metu atsirasdavo krateriai, iš kurių išsiveržusi medžiaga nebegalėjo įveikti gravitacijos jėgos ir nukrito atgal, o kuo didesni krintantys kūnai, tuo labiau jie kaitino Žemę. Krentančių kūnų energija buvo išleista nebe paviršiuje, o planetos gelmėse, nespėjus išspinduliuoti į erdvę. Nors pradinis medžiagų mišinys galėjo būti vienalytis dideliu mastu, žemės masės įkaitimas dėl gravitacinio suspaudimo ir jos nuolaužų bombardavimas lėmė mišinio išsilydymą, o susidarę skysčiai buvo atskirti nuo likusių kietų dalių. gravitacijos. Dėl laipsniško medžiagos perskirstymo gylyje pagal tankį ji turėjo būti atskirta į atskirus apvalkalus. Lengvesnės medžiagos, kuriose gausu silicio, atsiskyrė nuo tankesnių medžiagų, turinčių geležies ir nikelio, ir suformavo pirmąją žemės plutą. Maždaug po milijardo metų, kai Žemė smarkiai atvėso, Žemės pluta sukietėjo į kietą išorinį planetos apvalkalą. Atvėsusi žemė iš savo šerdies išmetė daug įvairių dujų (tai dažniausiai atsitikdavo ugnikalnio išsiveržimų metu) – lengvosios, tokios kaip vandenilis ir helis, dažniausiai išgaruodavo erdvė, bet kadangi žemės traukos jėga jau buvo gana stipri, ji prie savo paviršiaus laikė sunkesnius. Jie sudarė žemės atmosferos pagrindą. Dalis atmosferos vandens garų kondensavosi, o žemėje atsirado vandenynai.

Žemės vidinės sandaros ir sudėties tyrimo metodai

Žemės vidinės sandaros ir sudėties tyrimo metodus galima suskirstyti į dvi pagrindines grupes: geologinius ir geofizinius metodus. Geologiniai metodai yra pagrįsti tiesioginių uolienų sluoksnių atodangose, kasyklų (kasyklų, duobių ir kt.) ir šulinių tyrimų rezultatais. Tuo pačiu metu mokslininkai turi visą struktūros ir sudėties tyrimo metodų arsenalą, kuris lemia aukštą gautų rezultatų detalumo laipsnį. Tuo pačiu metu šių metodų galimybės tiriant planetos gelmes yra labai ribotos – giliausio gręžinio pasaulyje gylis siekia tik –12262 m (Rusijoje Kola Superdeep), gręžiant pasiekiamas dar mažesnis gylis. vandenyno dugnas (apie -1500 m, gręžiama nuo amerikiečių tyrimų laivo Glomar Challenger lentos). Taigi, gyliai, neviršijantys 0,19% planetos spindulio, yra prieinami tiesioginiam tyrimui.

Informacija apie giluminę struktūrą pagrįsta gautų netiesioginių duomenų analize geofiziniai metodai, daugiausia geofizinių tyrimų metu išmatuotų įvairių fizikinių parametrų (elektros laidumo, mechaninio kokybės faktoriaus ir kt.) pokyčių su gyliu dėsningumai. Kuriant Žemės vidinės sandaros modelius pirmiausia remiamasi seisminių tyrimų rezultatais, remiantis duomenimis apie seisminių bangų sklidimo dėsningumus. Prie žemės drebėjimų šaltinio ir galingi sprogimai Kyla seisminės bangos – tampriosios vibracijos. Šios bangos skirstomos į tūrines bangas – sklindančias planetos žarnyne ir jas „skaidrias“ kaip rentgeno spindulius, o paviršines bangas – sklindančias lygiagrečiai paviršiui ir „zonduojančias“ viršutinius planetos sluoksnius iki dešimčių iki kelių gylio. šimtus kilometrų.
Kūno bangos savo ruožtu skirstomos į du tipus – išilgines ir skersines. Išilginės bangos, kurios turi didelį sklidimo greitį, yra pirmosios, kurias registruoja seisminiai imtuvai, jos vadinamos pirminėmis arba P-bangomis; iš anglų kalbos pirminis – pirminis), lėtesnės skersinės bangos vadinamos S bangomis ( iš anglų kalbos antrinis – antrinis). Yra žinoma, kad skersinės bangos turi svarbi savybė– jie plinta tik solidžioje terpėje.

Skirtingų savybių turinčių terpių ribose bangos lūžta, o ties staigių savybių pasikeitimų ribomis, be lūžusių, kyla ir atsispindėjusios bei apsikeitusios bangos. Šlyties bangos gali turėti poslinkį, statmeną kritimo plokštumai (SH bangos) arba poslinkį, esantį kritimo plokštumoje (SV bangos). Peržengiant skirtingų savybių terpių ribas, SH bangos patiria normalią refrakciją, o SV bangos, be lūžusių ir atspindėtų SV bangų, sužadina P bangas. Taip ir atsiranda sudėtinga sistema seisminės bangos, kurios „šviečia“ planetos vidų.

Analizuojant bangų sklidimo dėsningumus, galima nustatyti nehomogeniškumus planetos viduriuose – jei tam tikrame gylyje fiksuojamas staigus seisminių bangų sklidimo greičių, jų lūžio ir atspindžio pokytis, galime daryti išvadą, kad šis gylis yra vidinių Žemės apvalkalų, besiskiriančių savo fizinėmis savybėmis, riba.

Seisminių bangų sklidimo takų ir greičio tyrimas Žemės gelmėse leido sukurti seisminį jos vidinės sandaros modelį.

Seisminės bangos, sklindančios iš žemės drebėjimo šaltinio giliai į Žemę, patiria reikšmingiausius staigius greičio pokyčius, lūžta ir atsispindi gelmėse esančiose seisminėse atkarpose. 33 km Ir 2900 km nuo paviršiaus (žr. pav.). Šios aštrios seisminės ribos leidžia padalyti planetos vidų į 3 pagrindines vidines geosferas – žemės plutą, mantiją ir šerdį.

Žemės plutą nuo mantijos skiria aštri seisminė riba, kuriai esant staigiai didėja tiek išilginių, tiek skersinių bangų greitis. Taigi šlyties bangų greitis smarkiai padidėja nuo 6,7-7,6 km/s žemutinėje plutos dalyje iki 7,9-8,2 km/s mantijoje. Šią ribą 1909 m. atrado Jugoslavijos seismologas Mohorovičius ir vėliau buvo pavadinta Mohorovičių siena(dažnai trumpai vadinama Moho riba arba M riba). Vidutinis ribos gylis – 33 km (atkreiptinas dėmesys, kad tai labai apytikslis dydis dėl skirtingo storio skirtingose ​​geologinėse struktūrose); tuo pačiu metu po žemynais Mohorovichichi ruožo gylis gali siekti 75-80 km (kuris užfiksuotas po jaunomis kalnų struktūromis - Andais, Pamyru), po vandenynais jis mažėja, pasiekdamas minimalų 3-4 storį. km.

Gylyje užfiksuota dar ryškesnė seisminė riba, skirianti mantiją ir šerdį 2900 km. Šioje seisminėje atkarpoje P bangos greitis staigiai sumažėja nuo 13,6 km/s mantijos apačioje iki 8,1 km/s šerdyje; S bangos – nuo ​​7,3 km/s iki 0. Skersinių bangų išnykimas rodo, kad išorinė šerdies dalis turi skysčio savybių. Seisminę ribą, skiriančią šerdį ir mantiją, 1914 m. atrado vokiečių seismologas Gutenbergas ir dažnai vadinama. Gutenbergo siena, nors šis pavadinimas nėra oficialus.

Staigūs bangų judėjimo greičio ir pobūdžio pokyčiai fiksuojami 670 km ir 5150 km gylyje. Siena 670 km padalija mantiją į viršutinę mantiją (33-670 km) ir apatinę mantiją (670-2900 km). Siena 5150 km padalija šerdį į išorinį skystį (2900-5150 km) ir vidinį kietąjį (5150-6371 km).

Reikšmingi pokyčiai pastebimi ir seisminėje dalyje 410 km, padalijant viršutinę mantiją į du sluoksnius.

Gauti duomenys apie globalias seismines ribas suteikia pagrindą svarstyti šiuolaikinį seisminį giluminės Žemės struktūros modelį.

Kietosios Žemės išorinis apvalkalas yra Žemės pluta, ribojama Mohorovičių ribos. Tai gana plonas apvalkalas, kurio storis svyruoja nuo 4-5 km po vandenynais iki 75-80 km po žemyninėmis kalnų struktūromis. Viršutinė pluta aiškiai matoma centrinės plutos sudėtyje. nuosėdinis sluoksnis, sudarytas iš nemetamorfuotų nuosėdinių uolienų, tarp kurių gali būti ugnikalnių, ir po juo konsoliduota, arba kristalinis,žievė, susidaręs iš metamorfinių ir magminių intruzinių uolienų Yra du pagrindiniai žemės plutos tipai – žemyninė ir vandenyninė, iš esmės skirtingos struktūra, sudėtimi, kilme ir amžiumi.

Žemyninė pluta yra po žemynais ir jų povandeniniais pakraščiais, storis nuo 35-45 km iki 55-80 km, jo ​​atkarpoje išskiriami 3 sluoksniai. Viršutinį sluoksnį dažniausiai sudaro nuosėdinės uolienos, įskaitant nedidelį kiekį silpnai metamorfuotų ir magminių uolienų. Šis sluoksnis vadinamas nuosėdiniu. Geofiziškai jai būdingas mažas P bangos greitis 2-5 km/s diapazone. Vidutinis nuosėdinio sluoksnio storis apie 2,5 km.
Žemiau yra viršutinė pluta (granito-gneiso arba „granito“ sluoksnis), sudaryta iš magminių ir metamorfinių uolienų, turinčių daug silicio dioksido (vidutiniškai atitinkančio cheminę sudėtį granodiorito). P bangų greitis šiame sluoksnyje yra 5,9-6,5 km/s. Prie bazės viršutinė pluta Konrado seisminis skyrius išsiskiria, atspindėdamas seisminių bangų greičio padidėjimą pereinant į apatinę plutą. Tačiau ši atkarpa užfiksuota ne visur: žemyninėje plutoje dažnai fiksuojamas laipsniškas bangų greičių didėjimas didėjant gyliui.
Apatinei plutai (granulito-mafiniam sluoksniui) būdingas didesnis bangų greitis (6,7–7,5 km/s P bangoms), kuris atsiranda dėl uolienų sudėties pasikeitimo pereinant nuo viršutinės mantijos. Pagal labiausiai priimtą modelį jo sudėtis atitinka granulitą.

Žemyninės plutos formavime dalyvauja įvairaus geologinio amžiaus uolienos, iki pačių seniausių apie 4 milijardus metų.

Vandenyno pluta yra palyginti nedidelio storio, vidutiniškai 6-7 km. Jos skerspjūvyje, bendriausia forma, galima išskirti du sluoksnius. Viršutinis sluoksnis yra nuosėdinis, pasižymintis mažu storiu (vidutiniškai apie 0,4 km) ir mažu P bangos greičiu (1,6-2,5 km/s). Apatinis sluoksnis yra „bazaltinis“ - sudarytas iš pagrindinių magminių uolienų (viršuje - bazaltai, apačioje - bazinės ir ultrabazinės intruzinės uolienos). Išilginių bangų greitis „bazalto“ sluoksnyje padidėja nuo 3,4-6,2 km/s bazaltuose iki 7-7,7 km/s žemiausiuose plutos horizontuose.

Seniausių šiuolaikinės vandenyno plutos uolienų amžius yra apie 160 milijonų metų.

Mantija Tai didžiausias vidinis Žemės apvalkalas pagal tūrį ir masę, kurį iš viršaus riboja Moho riba, o apačioje – Gutenbergo riba. Jį sudaro viršutinė ir apatinė mantijos, kurias skiria 670 km riba.

Pagal geofizines ypatybes viršutinė manija skirstoma į du sluoksnius. Viršutinis sluoksnis - subcrutal mantija- tęsiasi nuo Moho ribos iki 50–80 km gylio po vandenynais ir 200–300 km po žemynais ir pasižymi sklandžiu tiek išilginių, tiek skersinių seisminių bangų greičio padidėjimu, kuris paaiškinamas uolienų tankinimu dėl viršutinių sluoksnių litostatinio slėgio. Žemiau požeminės mantijos iki pasaulinės 410 km sąsajos yra mažų greičių sluoksnis. Kaip rodo sluoksnio pavadinimas, seisminių bangų greičiai jame yra mažesni nei subrutalinėje mantijoje. Be to, kai kuriose srityse yra lęšių, kurie visiškai neperduoda S bangų, o tai leidžia teigti, kad šiose srityse mantijos medžiaga yra iš dalies išlydyta. Šis sluoksnis vadinamas astenosfera ( iš graikų kalbos "asthenes" - silpnas ir "sphair" - sfera); terminą 1914 m. įvedė amerikiečių geologas J. Burrellas, anglų kalbos literatūroje dažnai vadinamas LVZ - Mažo greičio zona. Taigi, astenosfera- Tai sluoksnis viršutinėje mantijoje (esantis apie 100 km gylyje po vandenynais ir apie 200 km ar daugiau po žemynais), identifikuotas pagal seisminių bangų greičio sumažėjimą ir sumažėjusį stiprumą bei klampumas. Astenosferos paviršius yra gerai nusistovėjęs dėl staigaus varžos sumažėjimo (iki 100 omų verčių . m).

Plastikinio astenosferos sluoksnio buvimas, kuris skiriasi mechaninės savybės iš vientisų viršutinių sluoksnių, suteikia pagrindą išryškinti litosfera- kietas Žemės apvalkalas, įskaitant žemės plutą ir požeminę mantiją, esančią virš astenosferos. Litosferos storis svyruoja nuo 50 iki 300 km. Pažymėtina, kad litosfera nėra monolitinis planetos uolienų apvalkalas, o padalinta į atskiras plokštes, kurios nuolat juda išilgai plastikinės astenosferos. Žemės drebėjimų ir šiuolaikinio vulkanizmo židiniai apsiriboja litosferos plokščių ribomis.

Žemiau 410 km atkarpos viršutinėje mantijoje visur sklinda ir P, ir S bangos, o jų greitis didėja santykinai monotoniškai didėjant gyliui.

IN apatinė mantija, skiriant aštria 670 km pasauline riba, P ir S bangų greitis monotoniškai, be staigių pokyčių, didėja atitinkamai iki 13,6 ir 7,3 km/s iki Gutenbergo ruožo.

Išorinėje šerdyje P bangų greitis smarkiai sumažėja iki 8 km/s, o S bangos visiškai išnyksta. Skersinių bangų išnykimas rodo, kad išorinė Žemės šerdis yra skystos būsenos. Žemiau 5150 km ruožo yra vidinė šerdis, kurioje didėja P bangų greitis ir vėl pradeda sklisti S bangos, rodančios jos kietą būseną.

Pagrindinė aukščiau aprašyto Žemės greičio modelio išvada yra ta, kad mūsų planetą sudaro koncentriniai apvalkalai, vaizduojantys geležies šerdį, silikatinę mantiją ir aliuminio silikato plutą.

Geofizinės Žemės charakteristikos

Masės pasiskirstymas tarp vidinių geosferų

Didžioji Žemės masės dalis (apie 68 %) patenka ant palyginti lengvos, bet didelės apimties mantijos, apie 50 % – apatinėje, o apie 18 % – viršutinėje. Likę 32% visos Žemės masės daugiausia gaunama iš šerdies, o jos skystoji išorinė dalis (29% visos Žemės masės) yra daug sunkesnė nei kieta vidinė dalis (apie 2%). Tik mažiau nei 1% visos planetos masės lieka ant plutos.

Tankis

Kriauklių tankis natūraliai didėja link Žemės centro (žr. pav.). Vidutinis žievės tankis – 2,67 g/cm3; ties Moho riba staigiai padidėja nuo 2,9-3,0 iki 3,1-3,5 g/cm3. Mantijoje tankis palaipsniui didėja dėl silikatinės medžiagos suspaudimo ir fazių virsmų (medžiagos kristalinės struktūros persitvarkymas „prisitaikant“ prie didėjančio slėgio) nuo 3,3 g/cm 3 poodinėje dalyje iki 5,5 g/cm. 3 apatinėse apatinės mantijos dalyse . Ties Gutenbergo riba (2900 km) tankis staigiai padvigubėja – iki 10 g/cm 3 išorinėje šerdyje. Kitas tankio šuolis – nuo ​​11,4 iki 13,8 g/cm 3 – įvyksta ties vidinės ir išorinės šerdies riba (5150 km). Šie du staigūs tankio šuoliai turi skirtingą pobūdį: ties mantijos ir šerdies riba pasikeičia cheminė medžiagos sudėtis (perėjimas nuo silikatinės mantijos į geležinę šerdį), o šuolis ties 5150 km riba yra susijęs su agregacijos būsenos pasikeitimas (perėjimas iš skystos išorinės šerdies į kietą vidinę šerdį) . Žemės centre medžiagos tankis siekia 14,3 g/cm 3 .

Spaudimas

Slėgis Žemės viduje apskaičiuojamas pagal jos tankio modelį. Slėgis padidėjus atstumui nuo paviršiaus atsiranda dėl kelių priežasčių:

suspaudimas dėl viršutinių apvalkalų svorio (litostatinis slėgis);

fazių perėjimai homogeninės cheminės sudėties apvalkaluose (ypač mantijoje);

lukštų cheminės sudėties skirtumai (pluta ir mantija, mantija ir šerdis).

Žemyninės plutos apačioje slėgis yra apie 1 GPa (tiksliau 0,9 * 10 9 Pa). Žemės mantijoje slėgis palaipsniui didėja ties Gutenbergo riba, pasiekia 135 GPa. Išorinėje šerdyje slėgio gradientas didėja, o vidinėje šerdyje, atvirkščiai, mažėja. Apskaičiuotos reikšmės slėgis ties riba tarp vidinio ir išorinio branduolių ir netoli Žemės centro yra atitinkamai 340 ir 360 GPa.

Temperatūra. Šilumos energijos šaltiniai

Geologinius procesus, vykstančius planetos paviršiuje ir viduje, pirmiausia sukelia šiluminė energija. Energijos šaltiniai skirstomi į dvi grupes: endogeninius (arba vidinius), susijusius su šilumos susidarymu planetos žarnyne, ir egzogeninius (arba išorinius planetos atžvilgiu). Šiluminės energijos srauto iš požeminio paviršiaus į paviršių intensyvumą atspindi geoterminio gradiento dydis. Geoterminis gradientas– temperatūros padidėjimas su gyliu, išreikštas 0 C/km. „Atvirkštinė“ charakteristika yra geoterminė stadija– gylis metrais, iki kurio panardinus temperatūra pakils 1 0 C. Vidutinė geoterminio gradiento vertė viršutinėje plutos dalyje yra 30 0 C/km ir svyruoja nuo 200 0 C/km moderniose vietovėse. aktyvus magmatizmas iki 5 0 C/km ramaus tektoninio režimo zonose. Didėjant gyliui, geoterminio gradiento vertė gerokai sumažėja, litosferoje vidutiniškai apie 10 0 C/km, o mantijoje – mažiau nei 1 0 C/km. To priežastis yra šiluminės energijos šaltinių paskirstymas ir šilumos perdavimo pobūdis.

Endogeninės energijos šaltiniai yra šie.
1. Giliosios gravitacinės diferenciacijos energija, t.y. šilumos išsiskyrimas medžiagos persiskirstymo pagal tankį metu jos cheminių ir fazinių virsmų metu. Pagrindinis tokių transformacijų veiksnys yra spaudimas. Pagrindiniu šios energijos išsiskyrimo lygiu laikoma šerdies ir mantijos riba.
2. Radiogeninė šiluma, kuris atsiranda radioaktyviųjų izotopų irimo metu. Kai kuriais skaičiavimais, šis šaltinis lemia apie 25% Žemės skleidžiamo šilumos srauto. Tačiau būtina atsižvelgti į tai, kad padidėjęs pagrindinių ilgaamžių radioaktyviųjų izotopų – urano, torio ir kalio – kiekis stebimas tik viršutinėje žemyninės plutos dalyje (izotopų sodrinimo zonoje). Pavyzdžiui, urano koncentracija granituose siekia 3,5 10 -4%, nuosėdinėse uolienose - 3,2 10 -4%, o okeaninėje plutoje ji yra nereikšminga: apie 1,66 10 -7%. Taigi radiogeninė šiluma yra papildomas šilumos šaltinis viršutinėje žemyninės plutos dalyje, lemiantis didelę geoterminio gradiento vertę šioje planetos vietoje.
3. Liekamoji šiluma, išsilaikęs gelmėse nuo planetos susiformavimo.
4. Kietieji potvyniai, kurį sukelia Mėnulio trauka. Kinetinės potvynio energijos perėjimas į šilumą vyksta dėl vidinės trinties uolienų sluoksniuose. Šio šaltinio dalis bendrame šilumos balanse nedidelė – apie 1-2 proc.

Litosferoje vyrauja laidus (molekulinis) šilumos perdavimo mechanizmas Žemės subtosferinėje mantijoje, vyksta perėjimas prie vyraujančio konvekcinio šilumos perdavimo mechanizmo.

Temperatūrų skaičiavimai planetos viduje duoda tokias reikšmes: litosferoje apie 100 km gylyje temperatūra yra apie 1300 0 C, 410 km gylyje - 1500 0 C, 670 km gylyje - 1800 0 C, ties šerdies ir mantijos riba - 2500 0 C, 5150 km gylyje - 3300 0 C, Žemės centre - 3400 0 C. Šiuo atveju tik pagrindinė (ir labiausiai tikėtina) giliosioms zonoms) buvo atsižvelgta į šilumos šaltinį – giliosios gravitacinės diferenciacijos energiją.

Endogeninė šiluma lemia globalių geodinaminių procesų eigą. įskaitant litosferos plokščių judėjimą

Planetos paviršiuje svarbiausią vaidmenį atlieka egzogeninis šaltinisšiluma – saulės spinduliuotė. Žemiau paviršiaus saulės šilumos įtaka smarkiai sumažėja. Jau nedideliame gylyje (iki 20-30 m) yra juosta pastovios temperatūros– gelmių sritis, kurioje temperatūra išlieka pastovi ir lygi tos srities vidutinei metinei temperatūrai. Žemiau pastovios temperatūros juostos šiluma yra susijusi su endogeniniais šaltiniais.

Žemės magnetizmas

Žemė yra milžiniškas magnetas su magnetu jėgos laukas ir magnetiniai poliai, esantys netoli geografinių, bet su jais nesutampa. Todėl magnetinio kompaso adatos rodmenyse išskiriamas magnetinis deklinacija ir magnetinis polinkis.

Magnetinė deklinacija yra kampas tarp magnetinio kompaso adatos krypties ir geografinio dienovidinio tam tikrame taške. Šis kampas bus didžiausias ties ašigaliais (iki 90 0), o mažiausias ties pusiauju (7-8 0).

Magnetinis polinkis– kampas, kurį sudaro magnetinės adatos pokrypis į horizontą. Priartėjus prie magnetinio poliaus, kompaso rodyklė pasisuks vertikalioje padėtyje.

Daroma prielaida, kad magnetinis laukas atsiranda dėl elektros srovių sistemų, atsirandančių Žemės sukimosi metu, susijusių su konvekciniais judesiais skystoje išorinėje šerdyje. Bendras magnetinis laukas susideda iš pagrindinio Žemės lauko ir lauko, kurį sukelia feromagnetiniai mineralai žemės plutos uolienose, vertės. Magnetinės savybės būdingos feromagnetiniams mineralams, tokiems kaip magnetitas (FeFe 2 O 4), hematitas (Fe 2 O 3), ilmenitas (FeTiO 2), pirotitas (Fe 1-2 S) ir kt., kurie yra mineralai ir yra įsitvirtinę. dėl magnetinių anomalijų. Šiems mineralams būdingas liekamojo įmagnetinimo reiškinys, kuris paveldi Žemės magnetinio lauko orientaciją, kuri egzistavo formuojantis šiems mineralams. Žemės magnetinių polių išsidėstymo skirtingose ​​geologinėse epochose rekonstrukcija rodo, kad magnetinis laukas periodiškai patyrė inversija- pokytis, kai magnetiniai poliai pasikeitė vietomis. Geomagnetinio lauko magnetinio ženklo keitimo procesas trunka nuo kelių šimtų iki kelių tūkstančių metų ir prasideda intensyviu pagrindinio Žemės magnetinio lauko stiprumo sumažėjimu iki beveik nulio, tada nustatomas atvirkštinis poliškumas ir po kurio laiko atsiranda po to greitai atsistato įtampa, bet priešingo ženklo. Šiaurės ašigalis užėmė pietinę vietą ir, atvirkščiai, apytiksliai 5 kartus per 1 milijoną metų. Dabartinė magnetinio lauko orientacija buvo nustatyta maždaug prieš 800 tūkst.

Žemės sandaros tyrimo metodai

Dauguma specialiųjų mokslų apie Žemę yra mokslai apie jos paviršių, įskaitant atmosferą. Kol žmogus įsiskverbė giliau į Žemę toliau nei 12 - 15 km (Kola superdeep šulinys). Iš maždaug 200 km gylio požeminė medžiaga yra išnešama įvairiais būdais ir tampa prieinama tyrimams. Informacija apie gilesnius sluoksnius gaunama netiesioginiais metodais:

Įvairių tipų seisminių bangų sklidimo per žemės vidų pobūdžio registravimas, meteoritų kaip praeities liekanų, atspindinčių protoplanetinio debesies materijos sudėtį ir struktūrą sausumos planetų formavimosi zonoje, tyrimas. Tuo remiantis daromos išvados apie tam tikro tipo meteoritų medžiagos sutapimą su tam tikrų žemės gelmių sluoksnių medžiaga. Išvados apie žemės vidaus sudėtį, pagrįstos duomenimis apie į žemę krentančių meteoritų cheminę ir mineraloginę sudėtį, nėra laikomos patikimomis, nes nėra visuotinai priimto Saulės sistemos formavimosi ir vystymosi modelio.

Žemės sandara

Žemės vidaus zondavimas seisminėmis bangomis leido nustatyti jų apvalkalo struktūrą ir diferencijuotą cheminę sudėtį.

Yra 3 pagrindiniai koncentriškai išsidėstę regionai: šerdis, mantija, pluta. Šerdis ir mantija savo ruožtu yra padalinti į papildomus apvalkalus, kurie skiriasi fizinės ir cheminės savybės(51 pav.).

51 pav. Žemės sandara

Šerdis užima centrinę žemės geoido sritį ir yra padalinta į 2 dalis. Vidinė šerdis yra kietos būsenos, jis yra apsuptas išorinė šerdis, likti skystoje fazėje. Nėra aiškios ribos tarp vidinio ir išorinio šerdies, pagal kurią jie išsiskiria pereinamoji zona. Manoma, kad šerdies sudėtis yra tokia pati kaip geležies meteoritų. Vidinę šerdį sudaro geležis (80%) ir nikelis (20%). Atitinkamo lydinio, esant žemės vidinės dalies slėgiui, lydymosi temperatūra yra 4500 0 C. Išorinėje šerdyje yra geležies (52%) ir eutektikos (skystas kietųjų dalelių mišinys), sudarytas iš geležies ir sieros (48%). Neatmetama nedidelė nikelio priemaiša. Tokio mišinio lydymosi temperatūra įvertinta 3200 0 C. Kad vidinė šerdis išliktų kieta, o išorinė – skysta, temperatūra Žemės centre turi būti ne aukštesnė kaip 4500 0 C, bet ir ne žemesnė kaip 3200 0 C. skysta būsena Išorinę šerdį jungia idėjos apie žemės magnetizmo prigimtį.

Tolimos praeities planetos magnetinio lauko prigimties paleomagnetiniai tyrimai, pagrįsti žemės uolienų liekamojo įmagnetinimo matavimais, parodė, kad daugiau nei 80 milijonų metų egzistavo ne tik magnetinio lauko stiprumas, bet ir daugybė sistemingų įmagnetinimo pasikeitimų. ko pasekoje šiaurės ir pietų magnetiniai poliai Žemės pasikeitė vietomis. Poliškumo kaitos laikotarpiais pasireiškė visiško magnetinio lauko išnykimo momentai. Todėl antžeminis magnetizmas negali būti sukurtas nuolatinis magnetas dėl stacionarios šerdies ar kurios nors jos dalies įmagnetinimo. Manoma, kad magnetinį lauką sukuria procesas, vadinamas savaiminio sužadinimo dinamo efektu. Dinamo rotoriaus (judančio elemento) vaidmenį gali atlikti skystos šerdies masė, kuri juda, kai Žemė sukasi aplink savo ašį, o žadinimo sistemą sudaro srovės, kurios sukuria uždaras kilpas šerdies sferos viduje. .

Mantijos tankis ir cheminė sudėtis, atsižvelgiant į seismines bangas, smarkiai skiriasi nuo atitinkamų šerdies savybių. Mantiją sudaro įvairūs silikatai (junginiai silicio pagrindu). Manoma, kad apatinės mantijos sudėtis yra panaši į akmeninių meteoritų (chondritų) sudėtį.

Viršutinė mantija yra tiesiogiai sujungta su atokiausiu sluoksniu - pluta. Tai laikoma „virtuve“, kurioje ruošiama daug uolienų, sudarančių žievę, arba jų pusgaminiai. Manoma, kad viršutinę mantiją sudaro olivinas (60 %), piroksenas (30 %) ir lauko špatas (10 %). Tam tikrose šio sluoksnio zonose vyksta dalinis mineralų tirpimas ir susidaro šarminiai bazaltai – vandenyno plutos pagrindas. Dėl vidurio vandenyno keterų plyšių bazaltai iš mantijos patenka į Žemės paviršių. Tačiau tai nėra vienintelė sąveika tarp plutos ir mantijos. Trapi pluta, kuri pasižymi dideliu standumu, kartu su dalimi apatinės mantijos sudaro specialų apie 100 km storio sluoksnį, vadinamą litosfera.Šis sluoksnis yra ant viršutinės mantijos, kurios tankis yra pastebimai didesnis. Viršutinė mantija turi savybę, kuri lemia jos sąveikos su litosfera pobūdį: trumpalaikių apkrovų atžvilgiu ji elgiasi kaip standi medžiaga, o ilgalaikių apkrovų atžvilgiu - kaip plastikinė. Litosfera sukuria nuolatinę apkrovą viršutinei mantijai ir, veikiant jos slėgiui, apatiniam sluoksniui, vadinamam astenosfera, pasižymi plastinėmis savybėmis. Jame „plaukioja“ litosfera. Šis efektas vadinamas izostazė.

Astenosfera savo ruožtu remiasi į gilesnius mantijos sluoksnius, kurių tankis ir klampumas didėja didėjant gyliui. To priežastis yra uolienų suspaudimas, dėl kurio kai kurių jų struktūrinis pertvarkymas cheminiai junginiai. Pavyzdžiui, normalios būklės kristalinio silicio tankis yra 2,53 g/cm 3 , veikiamas padidėjusio slėgio ir temperatūros jis virsta viena iš jo modifikacijų, vadinama stišovitu, kurio tankis siekia 4,25 g/cm 3 . Iš šios silicio modifikacijos sudaryti silikatai turi labai kompaktišką struktūrą. Apskritai litosfera, astenosfera ir likusi mantijos dalis gali būti laikomos trijų sluoksnių sistema, kurios kiekviena dalis yra judri kitų komponentų atžvilgiu. Lengvoji litosfera, kurios pagrindą sudaro ne per klampi ir plastiška astenosfera, yra ypač mobili.

Žemės pluta, kuri sudaro viršutinę litosferos dalį, daugiausia sudaryta iš aštuonių cheminių elementų: deguonies, silicio, aliuminio, geležies, kalcio, magnio, natrio ir kalio. Pusę visos žievės masės sudaro deguonis, kuris joje yra surištoje būsenoje, daugiausia metalų oksidų pavidalu. Geologines plutos ypatybes lemia bendras atmosferos, hidrosferos ir biosferos poveikis jai – šiems trims išoriniams planetos apvalkalams. Žievės ir išorinių lukštų sudėtis nuolat atnaujinama. Dėl oro sąlygų ir griovimo žemyno paviršiaus substancija visiškai atnaujinama per 80–100 milijonų metų. Žemyninių medžiagų praradimą kompensuoja pasaulietinis jų plutos pakilimas. Bakterijų, augalų ir gyvūnų gyvybinę veiklą lydi visiškas anglies dvideginio, esančio atmosferoje, pasikeitimas per 6–7 metus, deguonies – per 4000 metų. Visa hidrosferos masė (1,4 · 10 18 t) visiškai atsinaujina per 10 milijonų metų. Dar fundamentalesnė materijos cirkuliacija planetos paviršiuje vyksta procesuose, kurie sujungia visus vidinius apvalkalus į vieną sistemą.

Yra stacionarūs vertikalūs srautai, vadinami mantijos purkštukais, jie kyla iš apatinės mantijos į viršutinę mantiją ir tiekia ten degias medžiagas. To paties pobūdžio reiškiniai apima vidinius „karštuosius laukus“, kurie visų pirma yra susiję su didžiausiomis Žemės geoido formos anomalijomis. Taigi gyvenimo būdas žemės viduje yra nepaprastai sudėtingas. Nukrypimai nuo mobilistinių pozicijų nepažeidžia tektoninių plokščių ir jų horizontalių judesių idėjos. Tačiau gali būti, kad artimiausiu metu atsiras bendresnė planetos teorija, atsižvelgiant į horizontalius plokščių judesius ir atvirus vertikalius degiųjų medžiagų pernešimus mantijoje.

Viršutiniai Žemės apvalkalai – hidrosfera ir atmosfera – pastebimai skiriasi nuo kitų susidarančių apvalkalų. kietas planetos. Pagal masę tai yra labai maža Žemės rutulio dalis, ne daugiau kaip 0,025% visos jo masės. Tačiau šių lukštų reikšmė planetos gyvenime yra didžiulė. Hidrosfera ir atmosfera atsirado ankstyvoje planetos formavimosi stadijoje ir galbūt kartu su jos formavimusi. Nėra jokių abejonių, kad vandenynas ir atmosfera egzistavo prieš 3,8 mlrd.

Žemė susiformavo po vieno proceso, kuris sukėlė cheminę interjero diferenciaciją ir šiuolaikinės atmosferos bei hidrosferos pirmtakų atsiradimą. Pirma, Žemės proto šerdis susidarė iš sunkių nelakių medžiagų grūdelių, vėliau labai greitai pritvirtino medžiagą, kuri vėliau tapo mantija. Ir kai Žemė pasiekė maždaug Marso dydį, prasidėjo jos bombardavimo laikotarpis planetezimalija. Smūgius lydėjo stiprus vietinis žemės uolienų įkaitimas ir tirpimas bei planetezimalija. Tuo pačiu metu buvo išleistos uolienose esančios dujos ir vandens garai. O kadangi vidutinė planetos paviršiaus temperatūra išliko žema, vandens garai kondensavosi, suformuodami augančią hidrosferą. Šių susidūrimų metu Žemė neteko vandenilio ir helio, tačiau išlaikė sunkesnių dujų. Tauriųjų dujų izotopų kiekis šiuolaikinėje atmosferoje leidžia spręsti apie juos sukėlusį šaltinį. Ši izotopinė sudėtis atitinka hipotezę apie dujų ir vandens smūgio kilmę, tačiau prieštarauja hipotezei apie laipsnišką žemės vidinės dalies degazavimo procesą kaip atmosferos ir hidrosferos susidarymo šaltinį. Vandenynas ir atmosfera tikrai egzistavo ne tik per visą Žemės, kaip susiformavusios planetos, istoriją, bet ir per pagrindinę akrecijos fazę, kai protožemė buvo Marso dydžio.

Smūginio degazavimo idėja, laikoma pagrindiniu hidrosferos ir atmosferos formavimosi mechanizmu, sulaukia vis daugiau pripažinimo. Laboratoriniai eksperimentai patvirtino smūginių procesų gebėjimą išskirti pastebimus kiekius dujų, įskaitant molekulinį deguonį, iš žemės uolienų. Tai reiškia, kad tam tikras kiekis deguonies buvo žemės atmosferoje dar prieš atsirandant joje biosferai. Idėjų apie kai kurių atmosferos deguonies abiogeninę kilmę taip pat pateikė kiti mokslininkai.

Abu išoriniai apvalkalai – atmosfera ir hidrosfera – glaudžiai sąveikauja tarpusavyje ir su likusiais Žemės apvalkalais, ypač su litosfera. Jie yra tiesiogiai veikiami Saulės ir Kosmoso. Kiekvienas iš šių apvalkalų yra atvira sistema, turinti tam tikrą autonomiją ir savo vidinius vystymosi dėsnius. Visi, kurie tyrinėja oro ir vandens vandenynus, yra įsitikinę. Kad tyrimo objektai atskleidžia nuostabų organizavimo subtilumą ir gebėjimą reguliuotis. Tačiau tuo pačiu metu nė viena žemės sistema neiškrenta iš bendro visumos, o jų bendras egzistavimas parodo ne tik jos dalių sumą, bet ir naują kokybę.

Tarp Žemės kriauklių bendruomenės ypatingą vietą užima biosfera. Ji dengia viršutinį litosferos sluoksnį, beveik visą hidrosferą ir apatinius atmosferos sluoksnius. Terminą „biosfera“ į mokslą 1875 m. įvedė austrų geologas E. Suesas (1831 – 1914). Biosfera buvo suprantama kaip gyvosios medžiagos visuma, gyvenanti planetos paviršiuje kartu su jos buveine. Nauja prasmėŠią koncepciją pateikė V.I. Vernadskis, kuris biosferą laikė sisteminiu dariniu. Šios sistemos reikšmė peržengia grynai žemišką pasaulį, kuris yra kosminio masto grandis.

Žemės amžius

1896 metais buvo atrastas radioaktyvumo fenomenas, dėl kurio buvo sukurti radiometriniai datavimo metodai. Jo esmė yra tokia. Kai kurių elementų (urano, radžio, torio ir kitų) atomai nelieka pastovūs. Originalus, vadinamas motinos elementu, spontaniškai suyra, virsdamas stabilia dukra. Pavyzdžiui, uranas - 238, irdamas, virsta švinu - 206, o kalis - 40 - argonu - 40. Išmatavę pirminių ir dukterinių elementų skaičių minerale, galite apskaičiuoti laiką, praėjusį nuo jo susidarymo: kuo didesnis dukterinių elementų procentas, tuo senesnis mineralas.

Remiantis radiometriniais duomenimis, seniausi mineralai Žemėje yra 3,96 milijardo metų, o seniausi pavieniai kristalai – 4,3 milijardo metų. Mokslininkai mano, kad pati Žemė yra senesnė, nes radiometrinis skaičiavimas atliekamas nuo mineralų kristalizacijos momento, o planeta egzistavo išsilydžiusioje būsenoje. Šie duomenys, kartu su švino izotopų meteorituose tyrimų rezultatais, leidžia daryti išvadą, kad visi saulės sistema susiformavo maždaug prieš 4,55 milijardo metų.

5.5. Žemynų kilmė. Žemės plutos evoliucija: plokščių tektonika

1915 metais vokiečių geofizikas A. Wegeneris (1880 - 1930), remdamasis žemynų kontūrais, pasiūlė, kad geologiniu laikotarpiu egzistavo viena sausumos masė, kurią jis pavadino. Pangea(iš graikų kalbos „visa žemė“). Pangea suskilo į Lauraziją ir Gondvaną. Prieš 135 milijonus metų Afrika atsiskyrė nuo Pietų Amerikos, o prieš 85 milijonus metų Šiaurės Amerika atsiskyrė nuo Europos; Prieš 40 milijonų metų Indijos žemynas susidūrė su Azija ir Tibetu ir atsirado Himalajai.

Lemiamas argumentas šios koncepcijos priėmimui buvo XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje empirinis vandenyno dugno plėtimosi atradimas, kuris buvo atspirties taškas kuriant litosferos plokščių tektoniką. Šiuo metu manoma, kad žemynai tolsta vienas nuo kito veikiami gilių konvekcinių srovių, nukreiptų į viršų ir į šonus ir traukiant plokštes, ant kurių plūduriuoja žemynai. Šią teoriją patvirtina ir biologiniai gyvūnų paplitimo mūsų planetoje duomenys. Žemynų dreifo teorija, pagrįsta plokščių tektonika, dabar yra visuotinai priimta geologijoje.

Šią teoriją taip pat patvirtina tai, kad rytinės Pietų Amerikos pakrantės linija stulbinančiai sutampa su Vakarų Afrikos pakrante, o rytinės Šiaurės Amerikos pakrantė su Vakarų Europos pakrante.

Vienas iš šiuolaikinės teorijos kurie paaiškina procesų žemės plutoje dinamiką, vadinami neomobilizmo teorija. Jo kilmė datuojama XX amžiaus šeštojo dešimtmečio pabaigoje ir ją lėmė sensacingas vandenyno dugne aptiktas kalnų grandinės, besimezgančios. Žemė. Žemėje nieko panašaus nėra. Alpės, Kaukazas, Pamyras, Himalajai, net paėmus kartu, yra nepalyginami su atrasta Pasaulio vandenyno vidurio kalnagūbrių juosta. Jo ilgis viršija 72 tūkstančius km.

Atrodė, kad žmonija atrado anksčiau nežinomą planetą. Siauros įdubos ir dideli baseinai, gilūs tarpekliai, besitęsiantys beveik nepertraukiamai išilgai vidurinių keterų ašies, tūkstančiai kalnų, povandeniniai žemės drebėjimai, aktyvūs ugnikalniai, stiprios magnetinės, gravitacinės ir šiluminės anomalijos, karšti giliavandeniai šaltiniai, milžiniškos feromangano sankaupos. mazgeliai – visa tai per trumpą laiką buvo aptikta vandenyno dugne.

Kaip paaiškėjo, vandenyno plutai būdingas nuolatinis atsinaujinimas. Jis atsiranda plyšio apačioje, išilgai ašies nupjaunant vidurines keteras. Patys keteros yra iš to paties šrifto ir taip pat yra jaunos. Okeaninė pluta„miršta“ skilimų vietose - ten, kur juda po kaimyninėmis plokštėmis. Giliai nugrimzdama į planetą, į mantiją ir tirpstanti, ji sugeba dalį savęs kartu su ant jos susikaupusiomis nuosėdomis atiduoti statybai. žemyninė pluta. Žemės vidinio tankio stratifikacija sukelia tam tikrą srautą mantijoje. Šios srovės suteikia medžiagą vandenyno dugno augimui. Dėl jų taip pat dreifuoja pasaulinės plokštės su žemynais, kyšančiomis iš Pasaulio vandenyno. Vadinamas didelių litosferos plokščių, ant kurių kyla žemė, dreifas neomobilizmas.

Žemynų judėjimą dabar patvirtino erdvėlaivių stebėjimai. Tyrėjai savo akimis matė, kaip gimsta vandenyno pluta, artėjant prie Atlanto, Ramiojo ir Indijos vandenynų dugno bei Raudonosios jūros. Naudodami šiuolaikines giliavandenes nardymo technikas, akvanautai atrado įtrūkimų susidarymą ištemptame dugne ir jaunus ugnikalnius, kylančius iš tokių „įtrūkimų“.