Внешние и внутренние оболочки Земли.

Форма и размеры Земли

Исследования формы Земли при помощи современных методов позволили уточнить форму и размеры Земли, которые были вычислены геодезистом А.А. Изотовым в 1940г (эллипсоид Красовского).

Основные параметры:

экваториальный радиус, а 6378.245км;

Полярный радиус, с 6356.863км;

Полярное сжатие, (а-с/а) 1/297.3

Площадь поверхности около 5210млн км²;

Объем 1083^.10¹²км³;

Масса Земли 5.976^.10¹⁸т;

Средняя плотность 5.52г/см³;

Средняя плотность горных пород на земной поверхности 2.8г/см³.

Разница значений плотностей указывает на то, что в недрах Земли должны находиться очень плотные породы.

Наиболее высокая точка г. Эверест (Джомолунгма) 8848м, наибольшая глубина 11022м, т.о. размах рельефа составляеС т 19870м.

Гипсографическая кривая.

Средняя высота материков 850м;

Средняя глубина океанов 3800м;

Земная поверхность: океан – 70.8%; суша – 29.2%.

Поверхность Земли – поверхность раздела.

Атмосфера.Верхняя граница 700-800км, или даже 900-1000км, а с учетом экзосферы 2000-3000км, в настоящее время содержит 5.3 ^. 10³трлн т воздуха, что составляет одну миллионную часть массы Земли, около 90% массы атмосферы приходится на нижние 10км. Плотность воздуха на уровне моря 1.3 ^. 10^-3г/см³.

Тропосфера. До 10-12км, формируются погода и климат, мощные воздушные течения, циклоны и антициклоны.

Сухой воздух состоит: азот 78.08%, кислород 20.95%, аргон 0.93%, углекислый газ 003%, в малых количествах благородные газы и водород. Пыль природная и антропогенная.

Температура медленно понижается до минус 60-70^оС на высотах 10-12км.

Стратосфера. До 50км. До 40км температура от -40 до -50^оС, затем быстро возрастает до +15^оС. В наст. время обнаружена активная циркуляция воздуха в стратосфере. Важно наличие озонового слоя на высотах от 17 до 30км, который задерживает ультрафиолет.

Мезосфера. Высоты 50-80км.Газовый состав, с преобладанием кислорода и азота, очень устойчив. Температура от нижней границы к верхней понижается от -70 до -90^оС.

У верхней границы образуются серебристые облака, состоящие из мелких кристалликов льда.

Термосфера. (Верхняя граница около 800-1000км). Наиболее разреженный слой с повышенной ионизацией с существенным повышением температуры. Т-ра изменяется от -90^оС на h около 80км до 400^оС при h около 200км.

Гидросферарасполагается между атм. и твердой земной поверхностью. Прерывистая водная оболочка земли, куда кроме Мирового океана входят все наземные и подземные воды.

В составе Г-сферы 3 осн. типа: океаносфера (моря и океаны); воды суши; ледники.

Промежуточное положение – подземные воды, сосредоточенные в литосфере, но тесно связанные с водами Г-сферы.

По В.И. Вернадскому количество вод оценивается:

Океаны – 1370млн. км³;

На суше – 4млн. км³;

Материковых льдов – 16-20млн. км³

Подземных – 400млн. км³. Всего - 1.8млрд. км³.

Хим. состав гидросферы различен для вод суши и мирового океана. В океанской воде, в среднем 35г солей в 1л. Пресные воды до 1г/л.

Гидросфера играет в геологической истории развития Земли одну из самых важных ролей. В её пределах возникла и развивается жизнь, проходят сложнейшую эволюцию земные организмы. В гидросфере образуются и развиваются своеобразные ландшафты, осадочные горные породы и рельеф Земли. Дать примеры.

Биосфера.Оболочка Земли в которой сосредоточена жизнь, - была выделена в 1875г австрийским геологом Э. Зюссом, однако её особое значение для геологических и геохимических процессов было выявлено значительно позже акад. В.И. Вернадским. Биосфера окружает Землю сплошной оболочкой. Только кратеры действующих вулканов, потоки не застывшей лавы и, может быть, некоторые замкнутые водоемы с особенно высокой концентрацией мин. солей и кислот могут считаться временно безжизненными, но только временно.

Нижняя граница биосферы (по Вернадскому) «должна лежать выше областей, где господствуют горячие пары воды и температура не опускается ниже 100^оС, в среднем на уровне 3-4км от уровня геоида», т.е. положение этой границы определяется предельной температурой, при которой могут существовать простейшие организмы.

По подсчетам Вернадского масса живой органической материи на Земле - 0.001% от массы земной коры. Большая её часть в океане в виде планктона.

Геологическое значение живых организмов огромно. Пропускают через себя и перерабатывают большое количество вещества. За 13 лет организмы пропускают через себя такое количество углерода, которое в 10 раз превышает все его содержание в земной коре. В.И. Вернадский считает весь кислород атмосферы продуктом жизнедеятельности организмов. Скопления каменного угля, торфа, нефти, мела, известняков (органогенных), фосфоритов, многих железных и марганцевых руд и т.п. – результат жизнедеятельности организмов, также как и почвы результат взаимодействия их с горными породами.

20-22 элемента могут концентрироваться в организмах в значительных количествах. Это Pb, Zn, Ni, Pt, Be, U, редкие земли и другие элементы.

По концентрации элементов в растениях – геоботанический метод поисков.

Земная кора.Представления о составе и физическом состоянии земных глубин основывается на комплексных геофизических исследованиях недр Земли. Главным является сейсмический метод (греч. «сейсма» - сотрясение), основанный на изучении путей и скоростей распространения внутри Земли упругих колебаний, возникающих при землетрясениях и вызванных искусственными взрывами.

Продольные волны- частицы материи колеблются в направлении движения волны (вдоль сейсмического луча). При этом создаются участки сжатия и расширения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения (реакция среды на изменение объема). Прод. волны могут распространятся в твердых, жидких и газообразных средах, идут быстрее других и первыми приходят к наблюдателю.

Поперечные волны (реакция среды на изменение формы) распространяются только в твердых телах. Частицы материи колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению сейсмического луча.

При анализе изменения скоростей сейсмических волн (естественных и искусственных), проходящих через земной шар (сейсмическое зондирование), выделяют три главные сферы Земли, отделенных друг от друга поверхностями раздела, где резко меняются скорости волн.

Земная кора – это твердая внешняя оболочка Земли. Её мощность колеблется от 5-20 (12)км в океанах до 30-40км в равнинных областях и до 50-75км в горных регионах.

При М_ср=33км, Р_ср=2.8г/см³ масса коры составит 4.7^.10⁷трлн т, или 0.8% всей массы Земли. До недавнего времени этот слой называли сиалью(кремний и алюминий), в отличие от нижних слоев, которые называли симой(кремний +магний).

В действительности земная кора состоит из легкоплавких силикатов с преобладанием алюмосиликатов. Больше всего в земной коре содержится кислорода (49.13%), кремния (26%), и алюминия (7.45%). Кислород в земной коре содержится в форме оксидов, в среднем: SiO₂ – 58%; Al₂O₃ – 15%; FeO и F₂O₃ – 8%; CaO – 6%; MgO и Na₂O – 4%; K₂O – 2.5%

Граница земной коры от нижележащей мантии характеризуется возрастанием скорости сейсмических волн: продольных от 5.57-7.6 до 7.9-8.3км/с;

поперечных от 3.36-3.7 до 4.5-4.7кмС.

Поверхностный раздел открыт югославским сейсмологом А. Мохоровичичем и назван поверхностью Мохоровичича или Мохо.

Мантия Землираспространяется под земной корой до глубины 2900км от поверхности.

Её делят на две части: верхнюю – слои «В» и «С» до глубины 900-1000км;

Нижнюю – слои «D» и «D₁» глубины от 900-1000 до 2900км.

Слой «В» - Гутнберга, а слой «С» - переходный или слой Голицина.

В слое «В» - астеносфера. Под континентами 80-120 до 200-250км, под океанами от 50-60 до 300-400км. Астеносфера является волноводом - Дж Баррелл, 1916г.

Верхняя часть мантии (твердая) вместе с земной корой – литосфера.

К астеносфере приурочено большинство зарегистрированных очагов промежуточных землетрясений. Полагают, что в ней возникают магматические очаги, что это наиболее вероятная зона проявления подкоровых конвекционных течений и зарождения вертикальных и горизонтальных движений земной коры, т.е. важнейших эндогенных процессов, имеющих непосредственное отношение к становлению земной коры, к её деформациям, строению и составу. Поэтом астеносферу вместе с перекрывающей её частью верхней мантии и земной корой объединяют в тектоносферу.

Ниже астеносферы скорость продольных волн резко возрастает, достигая на глубинах 900-2000км 11.3 – 11.4км/с.

В нижней мантии скорости поперечных волн хотя и продолжают расти, но значительно медленнее, чем в слое «С» верхней мантии, достигая на глубинах 2700-2900км 13.6км/с.

На глубине 2900км намечается новый раздел сейсмического характера, который отделяет мантию от ядра. Здесь скорости продольных волн скачкообразно падают с 13.6км/с в основании мантии до 8.1км/с в ядре.

Ядро Земли. В нем выделяются внешнее, переходное и внутреннее ядра.

Внешнее на глубине 2900 до 4980км, переходное – до глубин 51120км, а внутреннее ядро находится ниже.

Скорость распространения продольных сейсмических волн (Р) в нижней части земной коры в среднем составляет 6.5-7.4км/с, а поперечных (S) – около 3.73.8км/с.