Внутреннее строение Земли

Форма и размеры земли

Инженерно геологические изыскания

Инженерно - геологические изыскания - это комплекс мероприятий, обеспечивающих изучение инженерно - геологических условий района.

Решает важнейшие народно – хозяйственные задачи:

1.Поиск, разведка, эксплуатация МПИ –как база промышленности и сельского хозяйства,

2. Изучение и определение ресурсов подземных вод, необходимых для питьевого, технического водоснабжения и мелиорации земель.

3. Инженерно – геологическое обоснование проектов возводимых крупных сооружений и научный прогноз изменения условий после завершения их строительства и дальнейшей эксплуатации.

4.Охрана и рациональное использование недр Земли.

Земля - одна из девяти планет, вращающихся вокруг Солнца. Первые представления о формах и размерах Земли появились еще в глубокой древности. Античные мыслители (Пифагор - V в. до н.э., Аристотель - III в. до н.э. и др.) высказывали мысль, что наша планета имеет шарообразную форму.

Формирование Земли происходило под действием двух сил - силы взаимного притяжения частиц ее массы и центробежной силы, обусловленной вращением планеты вокруг своей оси. Ее форма представляет эллипсоид вращения, или сфероид Новыми исследованиями было доказано, что Земля сжата по экватору (мах и min радиусы по экватору отличаются на 210 м), т.е. Земля является трехосным эллипсоидом. Южный полюс расположен ближе к экватору, чем северный. Действительная форма Земли более сложная, чем трехосный эллипсоид. Наиболее высокая точка на Земле - гора Джомолунгма в Гималаях - высотой 8848м. Наибольшая глубина 11 034 м - Марианская впадина, суммарный перепад высот - около 20 км.

Изучение внутреннего строения Земли производится различными методами. Геологические методы, основанные на изучении естественных обнажений горных пород, разрезов шахт и рудников, кернов глубоких буровых скважин, дают возможность судить о строении приповерхностной части земной коры. Глубина известных пробуренных скважин достигает 7,5-9,5 км, и только одна в мире опытная скважина, заложенная на Кольском полуострове, уже достигла глубины 12 262м при проектной глубине до 15 км. В вулканических областях по продуктам извержения вулканов можно судить о составе вещества на глубинах 50-100 км.

Выделяют три главные области Земли:

1. Земная кора -верхняя оболочка Земли, мощность которой изменяется от 6-7 км под глубокими частями океанов, состоит преимущественно из гранитов; до 35-40 км под равнинными платформенными территориями континентов и до 50-80 км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами) находится базальтовый слой.

2. Мантия Земли, распространяющаяся до глубин 2900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия –(«сиалический слой» Si+Al); нижняя мантия – («симатический слой»Si+Mg) до глубины 2900 км.

Земная кора отделяется от верхней мантии достаточно резкой границей -слоем Мохоровичича (слой Мохо) , принятого за нижнюю границу земной коры. Второй резкий раздел совпадает с переходом от нижней мантии к внешнему ядру, где наблюдается скачкообразное падение скорости продольных волн с 13,6 до 8,1 км/с, а поперечные волны гасятся. Это свидетельствуют о необычайном состоянии вещества, отличающемся от мантии.

3. Ядро Земли – центральная наиболее глубокая часть планеты Земля, находящаяся по мантией Земли и , предположительно, состоящая из железо – никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания - 2900 км. Средний радиус сферы - 3,5 тыс.км. разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра достигает 5000˚ С, давление 361 ГПа (3,5 млн атм), плотность около 12,5 т/м³, масса ядра 1,932*10 ²⁴кг.

Плотность. Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см³. Горные породы, слагающие земную кору, отличаются малой плотностью. В осадочных породах плотность около 2,4-2,5 г/см³ , в гранитах и большинстве метаморфических пород - 2,7-2,8 г/см³ , в основных магматических породах - 2,9-3,0 г/см ³. Средняя плотность земной коры принимается около 2,8 г/см³ . Сопоставление средней плотности земной коры с плотностью Земли указывает на то, что во внутренних оболочках - мантии и ядре плотность должна быть значительно выше.

Магнетизм. Земля действует как гигантский магнит с силовым полем вокруг. Сведения о распределении магнитного поля Земли в пространстве дают наземные, морские и аэромагнитные съемки, а также измерения, производимые на низколетящих искусственных спутниках Земли.

Геомагнитное поле дипольное, магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими. Между магнитным и географическим полюсами образуется некоторый угол (около 11,5^˚ до 23˚) называемый магнитным склонением.

Магнитное поле Землиоказывает влияние и на ориентировку в горных породах ферромагнитных минералов, таких, как гематит, магнетит, титаномагнетит и др. Особенно это проявляется в магматических горных породах - базальтах, габбро, перидотитах и др. Ферромагнитные минералы в процессе застывания магмы принимают ориентировку существующего в это время направления магнитного поля. После того, когда горные породы полностью застывают, ориентировка этих минералов сохраняется. Определенная ориентировка ферромагнитных минералов происходит и в осадочных породах во время осаждения железистых минеральных частиц.

Тепловой режим Земли определяется излучением Солнца и теплом, выделяемым внутриземными, чаще радиоактивными, источниками. Самое большое количество энергии Земля получает от Солнца, но значительная часть ее отражается обратно в мировое пространство. Количество получаемого и отраженного Землей солнечного тепла неодинаково для различных широт. Среднегодовая температура отдельных пунктов в каждом полушарии уменьшается от экватора к полюсам. Ниже поверхности Земли влияние солнечного тепла резко снижается, в результате чего на небольшой глубине располагается пояс постоянной температуры. Глубина расположения пояса постоянных температур в различных районах колеблется от первых метров до 20-30 м.

Ниже пояса постоянных температур важное значение приобретает внутренняя тепловая энергия Земли. Давно установлено, что в шахтах, рудниках, буровых скважинах происходит постоянное увеличение температуры с глубиной, связанное с тепловым потоком из внутренних частей Земли. Однако исследования, проведенные как на континентах, так и в океанах, показали значительную изменчивость теплового потока в различных структурных зонах.

Температура внутри Земли. Определение температуры в оболочках Земли основывается на различных, часто косвенных данных. Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин- 12 км (Кольская скважина). Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называют геотермическим градиентом, а глубину в метрах, на протяжении которой температура увеличивается на 1⁰ С - геотермической ступенью. Геотермический градиент и геотермическая ступень изменяются от места к месту в зависимости от геологических условий, эндогенной активности в различных районах, а также неоднородной теплопроводности горных пород.