Строение ядра земли реферат

Обновлено: 05.07.2024

Известно о ядре очень мало - вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами, и образы вещества ядра не доступны, и вряд ли будут получены в обозримом будущем. Однако фантасты уже несколько раз в подробностях описали путешествия к ядру Земли и несметные богатства там таящиеся. Надежда на сокровища ядра имеет под собой некоторые основания, так как согласно современным геохимическим моделям в ядре относительно велико содержание благородных металлов и других ценных элементов.

Вложенные файлы: 1 файл

Ядро Земли.doc

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Выполнил студент 4 курса Зацепин С.А.

Ядро Земли - внутренняя геосфера диаметром 3470 км, расположенная на средней глубине около 2900 км; разделяется на твердое внутреннее ядро диаметром около 1300 км и жидкое внешнее ядро мощностью около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Масса ядра - 1,932 *10^24 кг.

Внешнее ядро.

Внешнее ядро 3емли не пропускает поперечных сейсмических волн, что интерпретируется как жидкое агрегатное состояние. Масса внешнего ядра 1,835 *10^24 кг. Плотность внешнего ядра 9,92 - 12,14 г/см^3.

Предполагается, что во внешнем ядре происходит интенсивная турбулентная конвекция, которая вызывает магнитное поле Земли. Изменения структуры этой конвекции приводят к миграции полюсов, магнитным инверсиям и тд.

Внутреннее ядро.

Внутренне ядро - самая глубокая геосфера Земли. Находится в твердом состоянии. О его существовании известно от преломленных и отраженных продольных волн. Его масса – 9,675 *10^22 кг. Средняя плотность внутреннего ядра 12,85 г/см^3. Плотность в центре ядра - 13,01 г/см^3. Внутренне ядро открыла 1936 г. датский геофизик И. Леманн.

Время начала кристаллизации внутреннего ядра оценивается в 2 миллиард лет тому назад.

Сейсмические исследования свидетельствуют, что во внутреннем ядре фиксируется анизотропия скоростей сейсмических волн: скорость распространения продольных волн на 3–4% больше вдоль полярной оси, нежели в экваториальном плане.

Существует также точка зрения , что внутренне ядро находится не в кристаллическом, а в специфическом состоянии, схожем с аморфным, и его упругие свойства обусловлены давлением.

Рис.1.Модель строения Земли.

История изучения.

Вероятно одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность характерная для пород выходящих на земную поверхность.

Существование было доказано в 1897 немецким сейсмологом Э. Вихертом, а глубина залегания (2900 км) определена в 1910 американским геофизиком Б. Гутенбергом.

Основоположник геохимии В. М. Гольдшмидт в 1922 году предположил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

Альтернативную гипотезу, что железное ядро возникло ещё в протопланетном облаке, развивали немецкий учёный А. Эйкен (1944), американский учёный Э. Орован и советский учёный А. П. Виноградов (60-70-е гг.).

В 1941 г. Кун и Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца и Земли и на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядре состоит из металлического водорода. Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку. Эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Однако эта гипотеза позже была адаптирована для объяснения строения планет гигантов - Юпитера, Сатурна и тп. Сейчас предполагается, что их магнитное поле возникает именно в металлическом водородном ядре.

Кроме того, В. Н. Лодочников и У. Рамзей предположили, что нижняя мантия и ядро имеют одинаковый химический состав — на границе ядро-мантия при 1.36 Мбар мантийные силикаты переходят в жидкую металлическую фазу (металлизованное силикатное ядро).

Состав ядра.

Состав ядра(табл.1) непосредственно не известен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.

С другой стороны из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10% меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

Наконец состав ядра можно оценить исходя из геохимических соображений. Если мы каким либо рассчитаем первичный состав Земли и вычислим какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым могут быть построены оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами.

Табл.1 Состав ядра.

Источник	Si, wt.%	Fe, wt.%	Ni, wt.%	S, wt.%	O, wt%	Mn, ppm	Cr, ppm	Co,ppm	P, ppm
Allegre et al., 1995	7.35	79.39	4.87	2.30	4.10	5820	7790	2530	3690
Mc Donough 2003	6.0	85.5	5.20	1.90	0	300	9000	2500	2000

Образование ядра.

Время формирования ядра

Образование ядра является одним из ключевых моментов истории Земли. Для определения возраста ядра были использованы следующие соображения:

в веществе, из которого образовалась Земля, был изотоп Hf-182, который с периодом полураспада 9 миллионов лет превращается в изотоп W-182. Гафний является литофильным элементом, то есть при разделении первичного вещества Земли на силикатную и металлическую фазы он предпочтительно концентрировался в силикатной фазе, а вольфрам - сидерофильный элемент, и концентрировался в металлической фазе. В металлическом ядре Земли отношение Hf/W близко к нулю, тогда как в силикатной оболочке это отношение около 15.

Из анализа не фракционированных хондритов и железных метеоритов известно первичное соотношение изотопов гафния и вольфрама.

Если ядро образовалось через время много большее, чем период полураспада Hf-182, то он бы успел почти полностью превратиться в W-182, и изотопный состав вольфрама в силикатной части Земли и её ядре был бы одинаковый, такой же как в хондритах.

Если ядро формировалось пока Hf-182 ещё не распался, то силикатная оболочка Земли должна содержать некоторый избыток W-182 по сравнению с хондритами, что реально и наблюдается.

Основываясь на этой модели можно рассчитать время разделения металлической и силикатной части Земли. Расчёты показали (см. Jacobsen, 2005), что ядро сформировалось за время меньше 30 миллионов лет, с момента образования и появления в Солнечной Системе первых твёрдых частиц.

Аналогичные расчеты можно сделать для металлических метеоритов, которые являются фрагментами ядер мелких планетарных тел. Оказалось, что в них формирования ядра происходило значительно быстрее, за время порядка нескольких миллионов лет.

Теория Сорохтина и Ушакова

Описанная модель не является единственной. Так по модели Сорохтина и Ушакова, изложенной в книге "Развитие Земли" процесс формирования земного ядра растянулся приблизительно на 1,6 млрд лет (от 4 до 2,6 млрд лет назад). По мнению авторов образование ядра происходило в два этапа. Сначала планеты была холодной, и в её глубинах не происходило никаких движений. Затем она прогрелось радиоактивным распадом достаточно для того, чтобы начало плавиться металлическое железо. Оно стало стекаться к центру земли, при этом за счет гравитационной дифференциации выделялось большое количество тепла, и процесс отделения ядра только ускорялся. Этот процесс шел только до некоторой глубины, ниже которой вещество было такое вязкое, что железо погружаться уже не могло. В результате образовался плотный (тяжелый) кольцевой слой расплавленного железа и его окиси. Он располагался над более легким веществом первозданной “сердцевины” Земли.

Затем произошло выдавливание силикатного вещества из центра Земли, причем оно было выдавлено на экваторе и тем самым дало начало асимметрии планеты.

Механизм формирования ядра

Об механизме образования ядра известно очень мало. Согласно различным оценкам формирование ядра происходило при давлениях и температурах близких, тем какие сейчас в верхней и средней мантии, а не в планетозималях и астероидах. Это не значит, что акреция Земли происходила из не дифференцированного вещества. Просто при акреции происходила его новая гомогенизация.

Цель реферата – изучить теории состава и значения ядра Земли.
Задачи реферата – ознакомиться с историей изучения ядра Земли; определить состав ядра Земли; рассмотреть внешнее и внутреннее ядро, образование ядра Земли; описать современную гипотезу о составе и свойствах ядра Земли.
Рассмотрены теории изучения ядра Земли, а также изучены современная гипотеза французских исследователей о составе и свойствах ядра Земли. Сделано заключение, что единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей ядро Земли, на данный момент не существует.

Файлы: 1 файл

5657Ядро Земли .docx

Бобкова О.А. Ядро Земли–

Челябинск: ЮУрГУ, ТЭ-250

библиогр. список – 6 наим.

Цель реферата – изучить теории состава и значения ядра Земли.

Задачи реферата – ознакомиться с историей изучения ядра Земли; определить состав ядра Земли; рассмотреть внешнее и внутреннее ядро, образование ядра Земли; описать современную гипотезу о составе и свойствах ядра Земли.

Рассмотрены теории изучения ядра Земли, а также изучены современная гипотеза французских исследователей о составе и свойствах ядра Земли. Сделано заключение, что единой общепризнанной теории, объясняющей и описывающей ядро Земли, на данный момент не существует.

1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЯДРА ЗЕМЛИ…………….…………………………….6

3. ВНЕШНЕЕ ЯДРО И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЗЕМЛИ…………………………… 10

6. СОВРЕМЕННАЯ ГИПОТЕЗА О СОСТАВЕ И СВОЙСТВАХ ЯДРА ЗЕМЛИ..14

Ядро Земли - центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под 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 Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 т/м³, давление до 361 ГПа (3,7 млн атм). Масса ядра - 1,932·10 24 кг.

Тема актуальна, потому что известно о ядре очень мало - вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами. Образцы вещества ядра недоступны.

Цель работы: изучить теории состава и значения ядра Земли.

1. Ознакомиться с историей изучения ядра Земли.

2. Определить состав ядра Земли .

3. Рассмотреть внешнее и внутреннее ядро, образование ядра Земли.

6. Описать современную гипотезу о составе и свойствах ядра Земли.

1. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ ЯДРА ЗЕМЛИ

Вероятно, одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность, характерная для пород, выходящих на земную поверхность.

Существование было доказано в 1897 году немецким сейсмологом Э. Вихертом, а глубина залегания (2900 км) определена в 1910 году американским геофизиком Б. Гутенбергом.

Основоположник геохимии В. М. Гольдшмидт в 1922 году предпол ожил, что ядро образовалось путём гравитационной дифференциации первичной Земли в период её роста или позже.

Альтернативную гипотезу, что железное ядро возникло ещё в протопланетном облаке, развивали немецкий учёный А. Эйкен (1944), американский учёный Е. Орован и советский учёный А. П. Виноградов (1960- е-70-е годы).

В 1941 году Кун и Ритман, основываясь на гипотезе идентичности состава Солнца и Земли и на расчетах фазового перехода в водороде, предположили, что земное ядро состоит из металлического водорода. Эта гипотеза не прошла экспериментальную проверку. Эксперименты по ударному сжатию показали, что плотность металлического водорода примерно на порядок меньше, чем плотность ядра. Однако позже эта гипотеза была адаптирована для объяснения строения планет-гигантов - Юпитера, Сат урна и других. Сейчас предполагается, что магнитное поле таких планет возникает именно в металлическом водородном ядре.

Кроме того В. Н. Лодочников и У. Рамзай предположили, что нижняя мантия и ядро имеют одинаковый химический состав - на границе ядро-мантия при 1.36 Мбар мантийные силикаты переходят в жидкую металлическую фазу (металлизованное силикатное ядро).

Выводы по разделу один

Одним из первых предположение о существовании внутри Земли области повышенной плотности высказал Генри Кавендиш, который вычислил массу и среднюю плотность Земли и установил, что она значительно больше, чем плотность, характерная для пород, выходящих на земную поверхность.

2. СОСТАВ ЯДРА ЗЕМЛИ

Состав ядра непосредственно неизвестен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.

С другой стороны, из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических соображений. Если каким-либо образом рассчитать первичный состав Земли и вычислить, какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым можно построить оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами.

Но именно ещё большее увеличение парциального давления кислорода в атмосфере Земли через 500-600 миллионов лет (до значения порядка 0,5 МПа) вызовет глобальное потепление и вымирание всех живых организмов, а затем и полное выкипание океана задолго до превращения Солнца в красный гигант.

Таблица 1 - Химический состав ядра

Allegre et al., 2005

Mc Donough 2008

Выводы по разделу два

Состав ядра непосредственно неизвестен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах. С другой стороны, из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

3. ВНЕШНЕЕ ЯДРО И ЕГО ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ЗЕМЛИ

Внешнее ядро Земли — жидкий слой толщиной около 2266 километров. Он состоит из железа и никеля. Ядро расположено выше твердого внутреннего ядра Земли и ниже ее мантии. Его внешняя граница — 2890 км (1800 миль) под поверхностью Земли. Переход от внутреннего ядра и внешнего ядра находится на глубине около 5150 км под поверхностью Земли. Диапазон температур во внешнем ядре составляет от 4400 ° C во внешних областях до 6100 ° C недалеко от внутреннего ядра. Внешнее ядро не находится под достаточным давлением, чтобы быть твердым, так что жидкость, даже если она имеет состав, похожий на внутреннее ядро, остается жидкостью. Сера и кислород также иногда встречаются во внешнем ядре. Вихревые токи в жидкости внешнего ядра, как считается, влияют на магнитное поле Земли. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли — 25 Гаусс, в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности[1][2]. Без внешнего ядра, жизнь на Земле была бы совсем другой. Конвекция жидких металлов во внешнем ядре создает магнитное поле Земли[3]. Это магнитное поле простирается от Земли на несколько тысяч километров, и создает некий защитный пузырь вокруг Земли, который сохраняет Землю от солнечного ветра. Без этого поля, солнечный ветер будет напрямую попадать в атмосферу Земли. Это уничтожило бы атмосферу Земли, что сделало бы нашу планету почти безжизненной. Ученые предполагают, что подобная ситуация случилась с Марсом[4].

Выводы по разделу три

Внешнее ядро Земли — жидкий слой толщиной около 2266 километров. Он состоит из железа и никеля. Ядро расположено выше твердого внутреннего ядра Земли и ниже ее мантии. Внешнее ядро не находится под достаточным давлением, чтобы быть твердым, так что жидкость, даже если она имеет состав, похожий на внутреннее ядро, остается жидкостью. Конвекция жидких металлов во внешнем ядре создает магнитное поле Земли.

4. ВНУТРЕННЕЕ ЯДРО

Внутреннее ядро — самая глубокая геосфера Земли, имеющая радиус около 1220 км (около 70% радиуса Луны). В отличие от жидкого внешнего ядра, находится в твёрдом состоянии. О его существовании известно по преломлению и отражению продольных сейсмических волн. Его масса - 9,675·1022 кг.[источник не указан 771 день] Средняя плотность внутреннего ядра 12,85 г/см³. Плотность в центре ядра - 13,01 г/см³.

Внутреннее ядро открыла в 1936 г. датский геофизик И. Леманн[1], по наблюдениям землетрясений генерирующих сейсмические волны , которые частично отражаются от его границы и могут быть обнаружены с помощью чувствительных сейсмографов на поверхности Земли. Эта граница называется как разрыв Буллена [2] , а иногда и разрыв Леманн [3].

Время начала кристаллизации внутреннего ядра оценивается в 2 миллиарда лет тому назад.

Сейсмические исследования свидетельствуют, что во внутреннем ядре фиксируется анизотропия скоростей сейсмических волн: скорость распространения продольных волн на 3-4 % больше вдоль полярной оси, нежели в экваториальном плане.

Существует также точка зрения, что внутреннее ядро находится не в кристаллическом, а в специфическом состоянии, схожем с аморфным, и его упругие свойства обусловлены давлением.

Выводы по разделу четыре

Внутреннее ядро — самая глубокая геосфера Земли, имеющая радиус около 1220 км (около 70% радиуса Луны). В отличие от жидкого внешнего ядра, находится в твёрдом состоянии. Существует также точка зрения, что внутреннее ядро находится не в кристаллическом, а в специфическом состоянии, схожем с аморфным, и его упругие свойства обусловлены давлением.

5. ОБРАЗОВАНИЕ ЯДРА

Время формирования ядра

Образование ядра является одним из ключевых моментов истории Земли. Для определения возраста ядра были использованы следующие соображения: в веществе, из которого образовалась Земля, был изотоп 182Hf, который с периодом полураспада 9 миллионов лет превращается в изотоп 182W. Гафний является литофильным элементом, то есть при разделении первичного вещества Земли на силикатную и металлическую фазы он предпочтительно концентрировался в силикатной фазе, а вольфрам - сидерофильный элемент, и концентрировался в металлической фазе. В металлическом ядре Земли отношение Hf/W близко к нулю, тогда как в силикатной оболочке это отношение около 15.

В последнее время появилась и другая точка зрения: предполагают, что ядро (по крайней мере внешнее) состоит из металлизованных силикатов, которые при больших давлениях приобретают плотность, электропроводность и другие свойства металла. При расплавлении таких кристаллов металлические свойства сохраняются. Однако эта гипотеза тоже встречает возражения. Главное из них состоит в том, что подавляющее… Читать ещё >

Ядро Земли. Строение Земли ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Ядро — геосфера земли, занимающая центральное положение. Как и Земля, ядро имеет слоистое строение и состоит из внешнего и внутреннего ядра (субъядра), разделённых тонкой промежуточной зоной, толщиной около 300 км. Оно залегает на глубине 2900 км, имеет средний радиус сферы 3500 км. Его объем составляет 16% всего объема Земли, а масса — 31,5%.

Средняя плотность вещества в земном ядре около 11 т/м3. Даже при том огромном давлении, какое господствует в ядре, такую плотность может иметь только металл. Кроме того, для создания и поддержания магнитного поля, ядро должно иметь большую электропроводность. Все это вместе взятое указывает на металлические свойства ядра.

Довольно долго ученые придерживались мнения, что земное ядро состоит из железа, однако накопилось много возражений насчет данного утверждения. Например, последние исследования показали, что если бы ядро было железное, вся мантия была бы расплавленной или все ядро было твердым. Нельзя не учитывать тот факт, что Земля и Луна образовались из одного и того же материала, так им образом их состав должен быть одинаков. Между тем средняя плотность Луны говорит о том, что в ней нет большого количества железа.

Внешнее ядро — жидкая оболочка Земли, залегающая под мантией и имеющая толщину около 2250 км. Верхняя граница раздела находится на глубине 2890 км, она была открыта американским геофизиком Э. Гутенбергом, в 1910 году. Переход от внутреннего ядра и внешнего ядра находится на глубине около 5150 км под поверхностью Земли.

Внешнее ядро не находится под достаточным давлением, чтобы быть твердым, так что жидкость, даже если она имеет состав, похожий на внутреннее ядро, остается жидкостью.

Внутреннее ядро — самая глубокая геосфера Земли, состоящая из сплавов железа и никеля. Достоверно состав неизвестен, но считается, что в субъядре давление повысило точку плавления вещества настолько, что оно осталось нерасплавленным. Есть, однако, и доводы в пользу того, что внешнее ядро силикатное, а субъядро — железоникелевое.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Реферат по дисциплине:

Косынюк Ксения Владимировна

Актуальность данной темы определяется тем, что Земля является нашим родным домом, о котором мы знаем очень мало. Каждый человек обязан владеть хотя бы минимальными знаниями о нашей родной планете, а также о строении Земли.

Главнейшими методами исследования данной темы являлись теоретические методы, такие как: обработка ранее полученных литературных данных, системный подход, метод анализа.

Объектом исследования является планета Земля и её внутреннее строение.

Цель данной: углубить и закрепить знания о планете Земля, а также о её строении.

1. История Земли.

Мы с полным основанием можем восхищаться нашей родной планетой.

Земля – это третья планета Солнечной системы, входящая в состав планет земной групп, также как Венера, Меркурий и Марс, она образовалась из солнечной туманности около 4,5 миллиарда лет назад. У планеты Земля имеется один естественный спутник – это Луна и множество искусственных.

Наружный слой Земли представляет собой твердую оболочку, состоящую главным образом из силикатов. Твердая кора и вязкая верхняя часть мантии составляют литосферу. Под литосферой находится астеносфера, слой относительно низкой вязкости, твердости и прочности в верхней мантии. Земля имеет ярко выраженное жидкое внешнее и твердое внутреннее ядро.

На протяжении тысячелетий великое множество других ученых, от большинства из которых не сохранилось даже имен, исследовали и познавали нашу родную планету. Они выясняли, как образовалась Земля, как она движется в пространстве, из чего она состоит и как устроена. При этом самый главный вопрос, волновавший всех людей науки, заключался в том, как Земля развивалась и как на ней возникла жизнь. В наши дни благодаря накопленному поколениями опыту и возможностям современных технологий нам известно о Земле гораздо больше, чем могли даже вообразить ученые прошлого. Разумеется, и мы не знаем всего, но все же наши познания о Земле значительно обогатились.

По мере расширения и углубления знаний о Земле, превратившихся за тысячелетия в устойчивые представления, становилось все очевиднее, что история Земли – это история изменений.

Многие данные указывают на то, что Земля меняется год за годом, век за веком. [6]

Около 4,5 миллионов лет назад наша планета представляла собой огромный горячий шар, покрытый лавой с температурой 1200 ℃. Позже маленькая планета Тея столкнулась с Землёй, благодаря чему в последствии образовалась Луна.

Вода появилась на нашей планете 3,9 миллион лет назад, а через 100000 лет зародились первые острова вулканического происхождения, что послужило началом разделения континентов.

3,5 миллиона лет назад появились первые колониальные фотосинтезирующие бактерии - строматолиты, благодаря которым в атмосфере начал накапливаться кислород, а следовательно формироваться – озоновый слой.

750 миллионов лет назад на Земле был длительный глобальный ледниковый период, который закончился лишь тогда, когда вулканическая активность подействовала на слой льда.

370 миллионов лет назад живые организмы наконец начинают заселять не только воду, но и сушу. Первыми были растения, а после того, как накопилось достаточное количество кислорода, сушу смогли заселить и животные.

66 миллионов лет назад. Астероид диаметром 11 километров столкнулся с Землёй. Последствия удара вызвали пятую массовую гибель на планете, известную как меловое-палеогеновое массовое вымирание. 76% видов исчезли, включая все виды динозавров, кроме предков птиц.

Это была отличная возможность для млекопитающих, которые в то время существовали только в виде мелких грызунов. Они смогли выжить под землей, питаясь корнями и зерном, пережив катаклизм и имея возможность процветать.[9]

Земля всегда была беспокойной, постоянно развивающейся планетой. Все в ней, от ядра до коры, непрерывно меняется. Даже в наше время и атмосфера, и океаны, и суша подвержены изменениям, хотя, возможно, и не таким интенсивным по сравнению с относительно недавним прошлым. Нелепо было бы не обращать внимания на тревожные признаки таких изменений, и вряд ли мы совершим такую глупость – ведь наш интерес к родной планете так же естествен, как в свое время для Эратосфена. Однако не меньшей глупостью было бы сосредоточиться на текущем состоянии Земли, не используя в полной мере возможность узнать как можно больше об ее удивительном прошлом, изменчивом и непредсказуемом настоящем, а также о нашей собственной роли и месте в ее будущем. [6]

2. Методы изучения внутреннего строения Земли

Методы изучения внутреннего строения Земли можно отнести к двум группам. Первая - геологические методы. Вторая – геофизические методы.

К геологическим методам можно отнести:

- Гравиметрический. Идеально подходит для плохо изученных областей. За счет сверхточных измерений притяжения земли можно определить глубину и форму залегания горных пород.

- Сейсмические. За счет колебаний, возникающих при приложении силы, и времени их пробега создается картинка внутреннего строения земли.

- Магнитные. По результатам наблюдений за изменением геомагнитного поля можно отыскать месторождения.

- Электрический. Поиск полезных ископаемых происходит методом изучения естественных и искусственных электромагнитных полей. [13]

Геофизические методы предназначены для изучения верхней поверхности Земли.

К геофизическим методам исследования относят методы, которые связаны с изучением естественных и искусственно создаваемых физических полей, физических свойств горных пород, пластовых флюидов, содержания и состава различных газов в буровом растворе и т.д.

3. Строение Земли

Геология – это наука о строении, происхождении и развитии планеты Земля, её земной коры, а также о методах изучения её поверхности и полезных ископаемых.

С давних времён известно, что наша планета состоит из трёх основных слоёв - земной коры, мантии и ядра.

Земная кора является плотной каменной оболочкой планеты, которая покрывает всю её поверхность. На разных участках рельефа земная кора имеет различную толщину, например, в местах расположения океанов и морей её толщина составляет не более 15 километров, а других местах может достигать до 75 километров.

Земная кора включает в себя три слоя:

1. осадочный (10-15 км в основном осадочных пород);

2. гранитный (5-15 км метаморфических пород, по свойствам схожих с гранитом);

3. базальтовый (10-35 км магматических пород).

В состав земной коры входят многие химические вещества, такие как: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний, водород, хлор, азот, барий и др.

Больше половины от состава занимает кислород, на втором месте кремний, около 25%, остальное приходится на оставшиеся элементы.

Непосредственно под земной корой располагается следующий слой – мантия. Мантия имеет толщину около 3000 км и имеет температуру около 2000°C, но тем не менее большая часть вещества мантии сохраняет твердое кристаллическое состояние из-за высокого давления.
На глубине около 200 км располагается подвижный верхний слой мантии – астеносфера, толщиной 100-250 км. Именно из-за этого слоя мантии происходят извержения вулканов и формирование залежей полезных ископаемых.

В состав мантии входят около 90% оксидов магния, кремния и железа, а также примерно 10% представлены окислами кальция, алюминия и натрия.
Под мантией находится центральная часть планеты Земля – ядро, оно имеет форму шара радиусом около 3500 км и располагается на глубине 2900 км от поверхности Земли.
Считается, что ядро состоит из двух слоев — твердого внутреннего ядра (радиусом около 1300 км) и жидкого внешнего (около 2200 км). Внутреннее ядро словно бы плавает во внешнем жидком слое. Из-за этого плавного движения вокруг Земли образуется ее магнитное поле (именно оно защищает планету от опасных космических излучений, и на него реагирует стрелка компаса). Ядро — самая горячая часть нашей планеты. Долгое время считалось, что температура его достигает, предположительно, 4000-5000°C. Однако в 2013 году ученые провели лабораторный эксперимент, в ходе которого определили температуру плавления железа, которое, вероятно, входит в состав внутреннего земного ядра. Так выяснилось, что температура между внутренним твердым и внешним жидким ядром равна температуре поверхности Солнца, то есть около 6000 °C. Строение нашей планеты — одна из множества неразгаданных человечеством тайн. Большая часть информации о нем получена косвенными методами, еще ни одному ученому не удалось добыть образцы земного ядра. Изучение строения и состава Земли по-прежнему сопряжено с непреодолимыми трудностями, но исследователи не сдаются и ищут новые способы добыть достоверные сведения о планете Земля. [12]

4. Оболочки Земли

Всем давно известно, что планета Земля имеет оболочки или другими словами - сферы, наиболее известными являются: атмосфера, биосфера, гидросфера и литосфера, но также есть ещё и пиросфера и центросфера.

Атмосфера – это внешняя воздушная оболочка нашей планеты, она состоит из совокупности газов, окружающих нашу планету, удерживаемых на месте земной гравитацией. Благодаря атмосфере удерживается кислород и фильтруется большая часть ультрафиолетового излучения, вредящего живым организмом.

Ее нижняя граница проходит по литосфере и гидросфере, а верхняя—на высоте 1000 км. В атмосфере различают тропосферу (двигающийся слой), стратосферу (слой над тропосферой) и ионосферу (верхний слой).

Средняя высота тропосферы—10 км. Ее масса составляет 75% всей массы атмосферы. Воздух тропосферы перемещается как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Над тропосферой на 80 км поднимается стратосфера. Ее воздух, перемещающийся лишь в горизонтальном направлении, образует слои.

Еще выше простирается ионосфера, получившая свое название в связи с тем, что ее воздух постоянно ионизируется под воздействием ультрафиолетовых и космических лучей. [10]

Биосфера – это биологическая оболочка, состоящая из частей Земли, на которых существует жизнь.

Поскольку жизнь существует на суше, в воздухе и в воде, биосфера перекрывает все эти сферы. Хотя биосфера имеет высоту около 20 километров, почти вся жизнь сосредоточена примерно от 500 м ниже поверхности океана до 6 км над уровнем моря.

Биосфера существует около 3,5 миллиардов лет. Самые ранние жизненные формы биосферы, называемые прокариотами, выживали без кислорода. Древние прокариоты включали одноклеточные организмы, такие как бактерии и археи.

Биосферу иногда считают одной большой экосистемой – сложным сообществом живых и неживых компонентов, функционирующих как единое целое. Однако чаще всего биосфера описывается как совокупность множества экологических систем.[11]

Гидросфера – это водная оболочка планеты, занимающая около 71% поверхности земного шара, так как включает в себя все крупные и мелкие водоёмы, а также воду, находящуюся под землёй (грунтовые воды) и в воздухе (туман). Гидросфера имеет замерзшую часть - криосферу, представленную ледниками, айсбергами и т.д.

Вода проходит через гидросферу благодаря циклическому перемещению. Она накапливается в облаках, затем падает на Землю в виде дождя или снега. Эта вода собирается в реках, озерах и океанах. Затем она испаряется в атмосферу, чтобы снова начать цикл. Этот процесс называется гидрологическим циклом.

По оценкам ученых, на нашей планете есть более 1386 млн. км³ воды. [11]

Литосфера – самая твёрдая оболочка нашей планеты, она включает в себя земную кору и верхнюю часть мантии. Толщина литосферы колеблется примерно 40 км до 280 км, составные компонентами являются: песок с пляжей, горные породы и т.д.

Известно два типа литосферы: первая континентальная литосфера, которая связана с континентальной корой, вторая - океаническая связана с океанической корой и немного плотнее континентальной литосферы.

Наиболее известной особенностью, связанной с литосферой Земли, является тектоническая активность, которая описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами.

Литосфера разделена на тектонические плиты, которые соединяются между собой как зазубренная головоломка. Эти плиты не имеют постоянного расположения; они медленно двигаются. Большая часть тектонической активности происходит на границах этих плит, где они могут сталкиваться, разрываться или пододвигаться друг под друга. Движение тектонических плит стало возможным благодаря тепловой энергии от мантийной части литосферы. Тепловая энергия делает твердую литосферу более эластичной. [11]

Земля́ (лат. Terra ) — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Чаще всего упоминается как Земля , планета Земля , Мир . Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.

Земля, как и другие планеты земной группы , имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек ( коры , крайне вязкой мантии ), и металлическогоядра . Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая. Геологические слои Земли[ по глубине от поверхности:

Внутренняя теплота планеты, скорее всего, обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40 , урана-238 и тория-232 . У всех трёх элементов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 7 000 К, а давление может достигать 360 Г Па (3,6 млн. атм ). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов . Плюмы приводят к появлению горячих точек и траппов .

Земная кора

Земная кора — это верхняя часть твёрдой земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн — границей Мохоровичича . Бывает два типа коры — континентальная и океаническая. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30—50 км на континентах. [34] В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол , гранитный и базальтовый . Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава , плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит .

Мантия Земли

Мантия — это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами — породами , состоящими из силикатов магния , железа , кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору .

Мантия составляет 67 % всей массы Земли и около 83 % всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5—70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают всё более плотную структуру . Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времён формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

Теплоперенос в мантии происходит путём медленной конвекции, посредством пластической деформации минералов. Скорости движения вещества при мантийной конвекции составляют порядка нескольких сантиметров в год. Эта конвекция приводит в движение литосферные плиты (см. тектоника плит). Конвекция в верхней мантии происходит раздельно. Существуют модели, которые предполагают ещё более сложную структуру конвекции.

Ядро Земли

Ядро — центральная, наиболее глубокая часть Земли, геосфера , находящаяся под мантией 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 Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 т/м³,давление до 361 ГПа. Масса ядра — 1,932×1024 кг.

Понятие “сейсморазведка” входят геофизические методы исследования земной коры, основанные на изучении искусственно возбуждаемых упругих волн. При помощи сейсморазведки изучается глубинное строение Земли, выделяются месторождения полезных ископаемых (в основном нефти и газа), решаются задачи гидрогеологии и инженерной геологии. Сейсморазведка отличается надежностью, высокой разрешающей способностью, технологичностью и колоссальным объемом получаемой информации.

В основе сейсмических методов лежит возбуждение упругих волн при помощи специального технического комплекса – источника. В результате геологическая среда реагирует возникновением периодического колебательного процесса и образованием упругой волны. Распространяясь в объеме горных пород, упругая волна попадает на границы раздела, изменяет направление и динамические свойства, образуются новые волны. На пути следования волн размещаются точки наблюдения, где при помощи специальных приборов – сейсмоприемников – определяются свойства колебательных процессов. Из полученных данных извлекается полезная информация о строении и составе изучаемой среды.

Наиболее эффективна сейсморазведка при изучении осадочного чехла древних платформ, поскольку его горизонтально-слоистое строение наиболее просто интерпретируется по сейсмических данным. С увеличением наклона целевых геологических границ надежность получаемой сейсморазведкой информации резко падает.

Возбуждение упругих волн

Для возбуждения колебаний применяется взрывы зарядов тротила в неглубоких скважинах, а также длительное (вибрационное) или короткое (иипульсное) ударное воздействие на горные породы. Взрывные источники характеризуются наибольшей мощностью и компактностью, при этом требуют дорогостоящих подготовительных и ликвидационных работ, а также наносят большой урон окружающей среде.

Невзрывные источники гораздо слабее, но могут использоваться многократно в одной и той же точке, более управляемы, а также безопаснее для человека и экологии.

Источник возбуждает два типа независимых сейсмических волн – продольные и поперечные. С продольными волнами связаны колебания, направленные вдоль луча волны, а с поперечными - поперек. Эти волны получили название первичных или падающих.

Первичной (падающей) волной называется продольная или поперечная волна, распространяющаяся непосредственно от источника к точке наблюдения. Продольные волны характеризуются большими скоростями, приходят в любую точку среды раньше поперечных, распространяются практически в любых веществах и меньше. В силу этих обстоятельств сейсморазведка использует преимущественно продольные волны.

Модель среды и волновое поле

Установлено, что различные горные породы характеризуются различными скоростями распространения упругих волн. Параметр скорости определяется упругими константами и плотностью горной породы, а они в свою очередь зависят от минерального состава, пористости, трещиноватости и глубины залегания.

По значению скорости упругой волны геологический разрез разделяется на относительно однородные слои горных пород, на границах которых скорость меняется скачком. Как правило, границы областей с различными физическими свойствами совпадают с геологическими границам, что используется при интерпретации сейсмических данных.Наличие резких границ раздела между пластами приводит к образованию вторичных волн – отраженных, проходящих и преломленных. Интенсивность вторичных волн зависит от контрастности границы по упругим свойствам. Чем сложнее строение изучаемой геологической среды, тем больше волн образуется на ее границах раздела. Все вместе они образуют вторичное волновое поле – объект измерения в сейсморазведке. Если вторичные волны содержат информацию о целевых геологических границах и успешно регистрируются на поверхности земли или в стволе скважины, то они называются полезными. По типу выделяемых полезных волн в сейсморазведке различают методы отраженных и преломленных волн.

Внутреннее строение Земли (3)

. 5. Ботт Н. Внутреннее строение Земли. М., 1974 6. Рингвуд А.Е. Состав и происхождение Земли, М.,1981 7. Рикитаки Т. Электромагнетизм и внутреннее строение Земли. М., 1968 1 Дорожкин .

Строение Земли, методы изучения внутреннего строения и гипотезы её происхождения.

. и образуются горы. МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СТРОЕНИЯ ЗЕМЛИ. Объектами, которые изучает геология, являются . геологии:  изучение вещественного состава внутренних оболочек Земли;  изучение внутреннего строения Земли;  изучение закономерностей развития .

Строение Земли

. . 2. Сейсмическая модель строения Земли Широко известная модель внутреннего строения Земли (деление ее на . важнейшую информацию о внутреннем строении планеты. 3. Геологическое строение Земли История геологического строения Земли принято изображать в виде .

Земля (5)

. у полюсов сфероид. Исходя из предположений о внутреннем строении Земли и основываясь на законе всемирного тяготения . и гравиметрических данных была разработана модель внутреннего строения Земли, которая остается практически неизменной до .

Земля и Солнце основной фактор жизни на Земле

. Вселенной Земля. Форма, размеры и рельеф. Внутреннее строение. Луна. Земля, . км. Внутренне строение Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют . поглощения квантов. Гелиосейсмология. Внутреннее строение Солнца. Исследование глубинных .

Читайте также: