🗊Презентация Строение Земли. Лекция 2, часть 1

Строение Земли Курс «Геология» Автор Пивоварова Е.Г.

План лекции (4 часа) 1. Строение Земли 2. Внутренние сферы Земли - литосфера, - мантия, - ядро. 3. Теория тектоники плит 4. Внешние сферы Земли - атмосфера, - гидросфера, - биосфера

Литература Литература (основная) 1. Борголов И.Б. Курс геологии (с основами минералогии и петрографии). М.:ВО. Агропромиздат. 1989. 2. Кац Д.М. Основы геологии и гидрогеологии // Учебник. М.:Колос. 1981. (дополнительная) 3. Иванова М.Ф. общая геология с основами исторической геологии // М.:Высшая школа, 1980. 440 с. 4. Якушова А.Ф. Геология с элементами геоморфологии // М.:Изд-во МГУ. 1983. 374 с. 5. Чеботарев А.И. Общая гидрология // Ленинрад, 1975. 6. Лабораторный практикум по почвоведению (часть 1 Геология) //Барнаул:изд-во АГАУ. 2001. 7. Удивительная планета Земля // иллюстрированный атлпс эволюции. 2003

Строение Земли Понять недра планеты нам позволяют сейсмические волны. Они распространяются до центра земного шара и возвращаются на поверхность. Расшифровка этой информации дает сложную картину чередования жидких и твердых слоев, на которых «плавают» континенты.

Форма Земли Наиболее точные и многочисленные градусные измерения Земли были выполнены в нашей стране. По данным Ф. Н. Красовского, А. А. Изотова и других советских ученых, Земля имеет форму трехосного эллипсоида вращения, малая ось которого является осью вращения. Длина ее экваториального радиуса 6378,2 км, полярного — 6356,9 км. Таким образом, экваториальный радиус длиннее полярного на 21,3 км. Сжатие Земли равно 1/298,3. Площадь ее поверхности 510,1 млн. км2. Объем Земли 1 083 204 млн. км3. Трехосный эллипсоид вращения довольно точно отражает фигуру Земли. Учитывая не только ее сплющенность, но и все крупные неровности рельефа (глубочайшие океанические впадины, высокие горные хребты), истинную неправильную геометрическую фигуру Земли называют геоидом.

Масса и плотность Земли Другие космические тела имеют следующую плотность (г/см3): - Солнце — 1, 38... 1,4; - Меркурий —6,5... 6,7; - Венера— 5 ... 5,9; - Марс —5,9; - Юпитер — 1,25... 1,4; - Сатурн — 0,72 ... 0,8; - Уран — 0,92 ... 1,1; - Нептун—1,3; - Луна —3... 3,4; - метеориты — 3,5... 8. Таким образом, плотность Земли близка к средней плотности Марса, Венеры и Меркурия.

Средняя плотность Средняя плотность наиболее распространенных горных пород, встречающихся в земной коре, составляет (г/см3): - гранитов — 2,5 ... 3; - гнейсов — около 2,4; - базальтов — 2,7 ... 3,2; - известняков — 2,4 ... 2,8; - доломитов — около 2,9. Таким образом, средняя плотность горных пород, слагающих земную кору, значительно меньше средней плотности Земли. Это значит, что недра Земли сложены веществами, плотность которых значительно выше 5,52 г/см3.

Основные сведения Тело Земли неоднородно имеет концентрически-зональное строение. В центре его расположено ядро. Вокруг ядра размещаются концентрические оболочки, или геосферы. Плотность геосфер скачкообразно увеличивается от поверхности Земли к ее центру. Геосферы Земли подразделяют на внутренние и внешние. К внутренним сферам относят — земную кору, мантию и ядро, к внешним атмосферу, гидросферу и биосферу. Концентрическое строение Земли объясняется процессами дифференциации вещества, которые происходят в ее недрах. Основная причина дифференциации вещества — вращение Земли вокруг своей оси. !!!!

► Химический состав различных оболочек Земли ► Химический состав различных оболочек Земли Если допустить, что исходно наша планета аналогична по составу каменным метеоритам (хондритам), значит, ее ядро постепенно обогащалось железом и никелем, мантия -магнием, а кора –кремнеземом

Внутренние сферы Земли Земной корой (рис.) называют наружную твердую оболочку Земли. Земная кора - наиболее изученная оболочка планеты. По сравнению с другими оболочками Земли для земной коры характерно наиболее неоднородное строение. По глубине (сверху вниз) в земной коре выделяют три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый.

Осадочный слой преимущественно сложен относительно мягкими, иногда и рыхлыми горными породами, которые образовались в результате осаждения вещества в водных или воздушных условиях на поверхности Земли. Большинство осадочных горных пород имеют слоистое строение, то есть залегают в виде сравнительно тонких слоев, ограниченных параллельными плоскостями. Плотность их колеблется от 1 до 2,65 г/см3. Мощность осадочного слоя непостоянна: изменяется от нескольких метров до 10 ... 15 км. На поверхности Земли есть участки, где осадочный слой полностью отсутствует.

Гранитный слой преимущественно сложен магматическими и метаморфическими породами, в составе которых преобладают алюминий и кремний. Среднее содержание кремнезема в этих породах превышает 60%, поэтому их называют кислыми. Плотность пород колеблется от 2,65 до 2,8 г/см3. Мощность гранитного слоя непостоянна. Наибольшей мощности (50...70 км) он достигает под современными горными хребтами (Памир, Альпы). Под океаническими впадинами, например на дне Атлантического и Индийского океанов, этот слой либо совершенно отсутствует, либо его мощность крайне незначительна. Сейсмические волны проходят гранитный слой со скоростью 6 км/с, скачкообразно возрастающей до 6,5 км/с у нижней его границы (граница Конрада).

Базальтовый слой залегает непосредственно под гранитным повсеместно. Мощность его колеблется от 5 до 30 км. По химическому составу и физическим свойствам вещество этого слоя приближается к базальтам, то есть к основным породам, в которых кремнезема содержится гораздо меньше, чем в гранитах. Плотность вещества в базальтовом слое возрастает до 3,32 г/см3. Земная кора под некоторыми океанами состоит из маломощного осадочного слоя, под которым залегает базальтовый слой мощностью 5 ... 15 км. На континентах обычно присутствуют все три ее слоя: осадочный, гранитный и базальтовый, и мощность земной коры составляет 40 км и более.

Между корой и мантией Сразу под земной корой резко возрастает скорость распространения S-волн до 8…8,2 км/с. Это граница раздела между корой и мантией нашей планеты, которая называется поверхностью Мохоровичича (по фамилии открывшего ее сейсмолога).

Мантия Земли

- Слой В, или верхняя мантия, состоит в основном из железисто-магнезиальных силикатов типа минералов оливина и пироксена. Щелочная базальтовая лава, поднимающаяся с больших глубин, иногда захватывает и выносит на поверхность отдельные обломки вещества верхней мантии, соответствующие по составу ультраосновным породам. С верхней мантией связаны явления вулканизма, многие землетрясения и тектонические процессы. - В переходном слое С давление достигает 24,6 тыс. МПа. Поэтому вещество, входящее в его состав, находится в твердом состоянии и обладает плотностью 4,68 г/см3. Скорость прохождения продольных сейсмических волн в этом слое возрастает от 9 до 11,4 км/с. - Нижний слой Д, по предположению ученых, имеет однородный состав и состоит из вещества, богатого окислами железа, магния и в меньшей степени алюминия и титана. Плотность вещества в нем колеблется от 5,69 до 9,4 г/см3. Продольные сейсмические волны проходят его со скоростью 11,4 ... 13,6 км/с. Граница между мантией и ядром проходит на глубине 2900 км, на которой преломляются и частично отражаются продольные сейсмические волны. В различных странах разработаны проекты, а в некоторых местах уже бурят сверхглубокие скважины, которые должны дойти до верхней мантии. В нашей стране такие скважины заложены на Кольском полуострове, в Прикаспии, на Украине и Северном Кавказе.

Изменение состава минералов в различных оболочках земли Анализ пород, выносимых на поверхность мощными тектоническими подвижками и извержениями вулканов, позволяет судить о первых десятках километров мантии под земной корой. Верхний слой мантии В образован породой, называемой перидотитом и состоящей из трех минералов: оливина (60%), пироксена (30%) и полевого шпата (10%). С увеличением глубины (50-100 км) шпат исчезает, замещаясь более стабильными и компактными минералами типа шпинели и граната.

На глубинах 400- 650 км (переходный слой С) рост давления приводит к изменению структуры оливина и пироксена - она становится компактнее, давая шпинель или гранат, а еще глубже (около 1050 км) они преобразуются в перовскит. Дальнейшее повышение плотности в нижней мантии уже нельзя объяснить чисто структурными преобразованиями. В нижней мантии (слой Д) Происходят химические изменения, скорее всего - обогащение минералов железом. Наконец, ядро является почти чисто металлическим - оно образовано смесью железа и никеля с небольшой долей более легких элементов типа углерода и серы.

Ядро Земли По расчетам ученых, плотность ядра Земли должна соответствовать плотности железа при соответствующем давлении. Поэтому широкое распространение получила гипотеза о железо-никелевом составе ядра, обладающего магнитными свойствами. Такой состав ядра объясняют первичной дифференциацией вещества по плотности. Наряду с этой гипотезой существует и гипотеза об идентичности вещества ядра, находящегося в особом, как бы «металлизированном» состоянии, и вещества мантии. Сверхвысокое давление внутри ядра задерживает плавление его вещества, придавая ему свойства тяжелых металлов. Ядро Земли подразделяют на внешнюю и внутреннюю части (см. рис.). Во внешнем ядре давление составляет 0,15 млн. МПа, а плотность вещества—12 г/см3. Продольные сейсмические волны проходят это ядро со скоростью от 8,1 ... 10,4 км/с, уменьшающейся до 9,5 км/с внутри него. Во внутреннем ядре давление достигает 0,35 млн. МПа, а плотность вещества—17,3 ... 17,9 г/см3. По-видимому, повышение плотности вещества в этом ядре связано с разрушением под влиянием больших давлений электронной оболочки у некоторой части атомов и их сближением.

Разделение на мантию и кору Как образовалась тонкая кора, покрывающая нашу планету? Медленно, в ходе всей эволюции Земли, или в первые полмиллиарда-миллиард лет ее существования? Как исходные метеорологические условия сказывались на составе поверхностных горных пород?

Образование земного ядра Железо присутствует во всех метеоритах в разнообразной форме. В результате сложных процессов, сконцентрировавшись в недрах Земли, оно образовало ее ядро - жидкое на глубинах 2900-5200 м и твердое в центре планеты. Как и когда это произошло, выясняется при изучении метеоритов и древнейших земных пород.

Черная металлургия Речь идет о реакции, которая лежит в основе черной металлургии, т.е. выплавлении металлического железа из руд, содержащих его окисленные формы. Этот процесс позволяет объяснить, по крайней мере в принципе, формирование структуры Земли. Наша планета сначала соответствовала по составу примитивным метеоритам. Потом ее силикатный материал стал терять железо - оно выплавлялось и уходило вглубь. Получилась мантия (две трети оливина и треть пироксена) и металлическое железное ядро со следами более легких элементов типа кремния. В процессе восстановления металла выделились газы, в частности кислород и водяной пар, которые дали атмосферу и гидросферу на поверхности планеты.

Космическая домна Миллиарды лет назад исходный материал Земли примерно на 32% состоял из железа. Сейчас его среднее содержание в земной коре 7,5%, а основная часть элемента сосредоточилась в ядре планеты. Для этого, очевидно, потребовалось расплавить металлическое железо, присутствовавшее в планетезималях, и восстановить значительную часть его окисленных соединений, а потом переправить получившийся металл в центр Земли.

Дрейф континентов (тектоника плит) Земная кора очень медленно, но постоянно движется. Эти изменения, называемые тектоническими, - отражение глубинных процессов, которые определяют всю эволюцию нашей планеты. Они разламывают океаническое дно, толкают континенты, поднимают горные цепи и заставляют землю трястись под нашими ногами.

Дюжина плит Предложенная в 1915 г. Альфредом Вегенером теория тектоники плит позволяет объяснить изменения земной коры в геологических масштабах времени. По современным представлениям, континенты и океаническое дно разделены на 12 литосферных плит, которые, словно льдины, плавают поверх астеносферы. Сталкиваясь краями, они деформируются, что ведет к образованию подводных желобов глубиной до 11 км и поднятию горных хребтов типа Анд и Гималаев. Доказательства дрейфа континентов Если вырезать из карты континенты, то нетрудно сложить их вместе, как кусочки мозаики: Африка, например, почти вплотную прижмется к Южной Америке. Полагают, что 200 млн. лет назад действительно существовал единый сверхконтинент, который назвали Пангеей. Сравнение пород Западной Африки и Бразилии демонстрирует их удивительное сходство - совпадают даже ископаемые остатки возрастом сотни миллионов лет, отсутствующие в других частях света. Однако окончательное доказательство движения литосферных плит, ведущего к дрейфу континентов, дало открытие в 1960-е годы рифтовых разломов океанического дна.

Границы литосферных плит образующих континенты и океаническое дно, - представляют собой места максимальной сейсмической и вулканической активности. например в зонах субдукции под Японской островной дугой или под Андами вдоль западного побережья Южной Америки, Срединно-океанические хребты, где растекается и застывает новая кора, -это зоны подводных землетрясений и вулканических извержений.

Ядерное горючее Постоянно двигать литосферные плиты может лишь одна энергия - внутреннее тепло земли. Мантия содержит много радиоизотопов, в частности калия и урана, имеющих длительный период распада. Их распад уже 4,5 млрд. лет выделяет достаточно тепла, которое, распространяясь к поверхности, раскаляет мантию.

Разрушение океанических плит Поскольку площадь Земли не меняется, непрерывному росту плит в рифтовых зонах должно соответствовать их разрушение. Оно происходит при столкновении плит, когда одна плита уходит под другую. Это называется субдукцией. Уходя в глубину, плита разогревается мантией, плавится, и избыток магмы прорывается на поверхность вулканическими извержениями. Одновременно края плит деформируются, что приводит к образованию хребтов желобов, а глубинное растрескивание проявляется на поверхности землетрясениями. Все это хорошо заметно, например, в зоне Анд.

Горообразование Наиболее впечатляющий результат тектоники плит - горные цепи. Обычно они тянутся вдоль зоны столкновения плит. Наглядный пример -Кордильеры и Анды, окаймляющие западное побережье, соответственно, Северной и Южной Америки. Такое столкновение всегда ведет к поднятию хребтов, но часто не на самой границе плит, а в сотнях километров от нее. Этот зазор нужен для накопления напряжений, которые в конце концов сомнут кору в крупные складки и поднимут их над местностью.

Гималайская модель Тектоническую складчатость отлично демонстрирует самая высокая горная система Земли. Это результат столкновения 50 млн. лет назад Индо-Австралийской и Евразийской плит. С тех пор первая продолжает двигаться со скоростью 5 см/год, запуская различные механизмы деформации. Ее северный край рассыпается на чешуи, которые укладываются неровными стопками, дающими Гималаи, а южный край Евразийской плиты выгибается, образуя высокое Тибетское нагорье. Наконец, развивающиеся напряжения смещают к востоку Монголию с Китаем, как бы раздвигая Азию, освобождающую место Индостану.

Материки плавают и каждые семьсот – восемьсот миллионов лет сливаются в единый континент дополнение Единые континенты возникали каждые семьсот-восемьсот миллионов лет. Первый по времени - Моногея - образовался 2,6 -2,4 миллиарда лет тому назад, Мегагея -11,8 миллиарда, Мезогея - 1 миллиард, а до Пангеи - подать рукой - всего 200 миллионов лет. Очертания суперконтинентов не были повторением, копией друг друга.

Разбираться с причинами этого обстоятельства еще предстоит, но ясно, что и оно имело большое значение для эволюции жизни на нашей планете. Ведь всякий раз, когда материки сходились, они обменивались флорой и фауной, десятками и сотнями тысяч гибли старые виды и появлялись новые. Сейчас мы прошли период распада Пангеи и не замечаем, что вовсю идет строительство нового Суперконтинента, можно назвать его Кибергеей.

Атлантический поток потихоньку отпихивает Африканский и Евразийский континенты на восток, Американские - на запад. Уже через 250 миллионов лет вся северная половина Тихого океана будет закрыта слипшимися материками: нашим, Североамериканским и затесавшимся между ними Австралийским. А пока что в Тихом океане часть его застывшего потока с шумом и треском задвигается под Азию (вот откуда наклон, землетрясения и извержения вулканов), другая широкой полосой, словно край ковра, подворачивается и тонет в мантии, образуя глубокую впадину и не пpeпятствуя плывущей навстречу Америке.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!