Внутреннее строение Земли

Очень загадочными и практически недоступными являются недра Земли. К сожалению, ещё не существует такого аппарата, с помощью которого можно проникнуть и изучить внутреннее строение Земли. Однако определённые знания о глубинах нашей планеты все-таки установлены. Учёные изучили её строение с помощью сейсмического метода. Основой данного метода, является измерение колебаний во время землетрясения или искусственных взрывов, производимых в недрах Земли. Вещества с разной плотностью и составом, пропускали через себя колебания с определённой скоростью. Что позволило с помощью специальных приборов измерить эту скорость и проанализировать полученные результаты.

Сейсмограф

Внутреннее строение Земли достаточно сложное. Планета состоит из трёх основных слоёв. Центральную часть занимает ядро, затем идёт мантия и земная кора.

Внутреннее строение Земли

Примерно 4,6 млрд. лет назад началось расслоение недр Земли и оно продолжается по сей день. По мнению учёных, все тяжёлые вещества спускаются к центру Земли, присоединяясь к ядру планеты, а более лёгкие вещества поднимаются вверх и становятся земной корой. Когда внутреннее расслоение закончится, наша планета превратиться в холодную и мёртвую.

Рассмотрим более детально каждую из оболочек Земли.

Ядро имеет неоднородную структуру и состоит из 2 оболочек: внутреннее ядро и внешнее. В самом центре Земли находится внутреннее ядро. Агрегатное состояние - твёрдое. Обрамляет его внешнее ядро. Оно находится в расплавленном (жидком) состоянии. Температура ядра от 3000 до 5000 °С. Его радиус около 3500 км. Оно составляет приблизительно 30% от общей массы планеты. О химическом составе ядра до сих пор спорят учёные. По одним гипотезам оно железо-никелевое, а по другим - водородное (под высоким давлением и водород может перейти в металлическое состояние).

Именно с ядром связывают происхождение земного магнитного поля, которое создают электрические токи, текущие в жидком ядре. Тем самым оно является защитником жизни на планете, оберегая её от космических лучей.

Ядро окружено мантией. Мантия (от греческого «мантион» - покрывало) занимает 83% от объёма Земли. Её мощность почти 3 000 км. С глубиной увеличивается и её температура, и давление. Максимальная температура в слое достигает 2500 °С, но вещество мантии из-за большого давления находится в твёрдом агрегатном состоянии. Однако, в верхней части мантии есть слой, который частично размягчён и пластичен. Он похож на пластилин или воск. Слой этот называется - астеносфера. Это вещество мантии способна медленно течь и таким способом перемещаться. Скорость перемещения очень невелика - несколько сантиметров в год. Над астеносферой мантия снова твёрдая.

Выше мантии располагается слой земной коры, отделённый от неё загадочной границей Мохо. Граница названа так в честь хорвацкого сейсмолога Мохоровичича, открывшего её в 1909 году. Скорость распространения сейсмических волн в границе Мохо скачкообразно увеличивается.

Андрей Мохоровичич

По сравнению с мантией и ядром земная кора представляет собой очень тонкий, жёсткий и хрупкий слой. Она сложена более лёгким веществом, в составе которого в настоящее время обнаружено около 90 естественных химических элементов. Эти элементы не одинаково представлены в земной коре. На восемь элементов - кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний - приходится 98 % её состава.

Доля земной коры составляет 1% от общей массы Земли. Толщина её колеблется от 5 до 75 км. Строение земной коры неоднородно. Верхний слой - осадочный, в котором преобладают рыхлые осадочные породы (песок, глина, известняк). Это наименее плотный слой толщиной: от 2-3 км на платформах до 20-30 км в подвижных областях. Второй, наиболее толстый слой материковой земной коры, называется гранитным слоем. Сложен породами, плотность которых соответствует плотности гранита.

Ещё ниже расположен слой, в котором сейсмические волны распространяются со скоростью, характерной для базальтов. Поэтому-то, несмотря на то что слой сложен разными породами, его называют базальтовым. Его толщина составляет 15-25 км.

В зависимости от строения и мощности выделяют два вида коры – материковую и океаническую.  Под материками кора содержит все три слоя – осадочный, гранитный и базальтовый. Мощность её 35-45 км - под равнинами и до 70 км в областях молодых гор. Океаническая земная кора имеет меньшую мощность – всего 10-15 км. В пределах океанической земной коры отсутствует гранитный слой.

Земная кора и верхняя часть мантии образуют оболочку, которая называется литосферой (от греч. «литос» - камень). Учёные установили, что литосфера не монолитна, а состоит из крупных блоков - литосферных плит. Они отделены друг от друга глубокими разломами. Выделяют семь очень крупных и несколько более мелких литосферных плит, которые постоянно, но медленно перемещаются по пластичному слою мантии. Средняя скорость их движения около 5 сантиметров в год. Результат этого - перемещение материков по поверхности Земли. Конечно, нам это незаметно, но расположение материков за миллионы лет значительно изменилось. В местах сочленения плит образуются сейсмически активные области Земли. Там часто возникают землетрясения и извержения вулканов.

Земная кора состоит из различных горных пород, которые залегают в ней послойно. Из них-то и слагаются равнины и образованы горы.

Горные породы - это природные тела, имеющие постоянный состав. Они отличаются друг от друга своими свойствами и происхождением.

Составные части горных пород называются минералами.

Вы видели серые или розоватые валуны, разбросанные по поверхности вашей местности? Все это, как правило, гранит. Рассмотрите кусочек гранита. Он состоит из зёрнышек разного цвета. Не случайно слово «гранит» означает «зернистый».

Большинство минералов - это твёрдые кристаллические тела. Они отличаются друг от друга цветом, твёрдостью, блеском, прозрачностью. Самый твёрдый минерал - алмаз, а самый мягкий - тальк.

Размер, форма и строение минералов определяют, какой является горная порода. Песок, как известно, сыпучий, глина - мягкая, а кварц - прочный.

Кроме твёрдых минералов, есть жидкие и газообразные, например, вода и природный газ. Вода - самый распространённый минерал на Земле.

Насчитывается почти 3000 разных минералов. Правда, наиболее часто встречаемых намного меньше - около 300.

Причина разнообразия горных пород кроется в неодинаковых условиях их образования. Те породы, которые мы видим сегодня, образовывались на протяжении миллионов лет. Как и все тела, горные породы «рождаются», «живут» и разрушаются, изменяя лик и строение земной коры.

Люди используют горные породы при строительстве и для получения энергии. Из них извлекают различные металлы, сырье для производства удобрений и др. Горные породы и минералы, которые использует человек, называют полезными ископаемыми. Земная кора - источник разнообразных полезных ископаемых.

При добыче в шахтах полезных ископаемых было замечено, что температура с глубиной повышается. Учёные установили, что температура возрастает в среднем на 1 °C каждые 33 м в глубь Земли. Увеличение температуры происходит, главным образом, в результате распада радиоактивных элементов, входящих в состав горных пород.

Рассмотрим классификацию горных пород по их происхождению. Все горные породы делятся на 3 группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Магматические горные породы составляют до 60% объёма земной коры. Это гранит, базальт, вулканический туф. Магматические горные породы сформировались из магмы – расплавленной каменной массы, возникающей во время извержения вулканов. Магма может застыть как на поверхности земли, так и в толще земной коры. Магматические горные породы очень прочные и твёрдые.

Осадочные горные породы формируются при накоплении обломков других горных пород или остатков живых организмов на поверхности суши или на дне океана. По сравнению с другими типами осадочные породы более мягкие и легче поддаются разрушению. К ним относят нефть, природный газ, уголь, поваренную соль, песок, глину, мел.

Метаморфические горные породы образуются в толще земной коры в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород. Магматические и осадочные горные породы под действием высокой температуры и давления видоизменяются и превращаются в метаморфические. Например, мрамор, сланец, гранат.

Как мы уже сказали, для изучения недр Земли или добычи полезных ископаемых бурят скважины и шахты.

На данный момент самая глубокая шахта в мире - Тау-Тона, которая имеет глубину 5 км. Находится в 50 километрах от Йоханнесбурга (ЮАР) и добывают там золотоносную руду. Численность рабочих составляет 35 000 человек (из них 6000 шахтёров). Здесь ужасные и опасные условия для работы. Ведь район, в котором находится шахта, сейсмически опасен. А температура внутри достигает 60 градусов. И лишь с помощью специальных выбоин воздух удаётся охладить до 30 градусов.

Шахта Тау-Тона

Самая глубокая скважина, которая использовалась исключительно в научных целях, находится на Кольском полуострове (территория России). Глубина её составляет 12 226 м.

Кольская сверхглубокая скважина