Как изучают внутреннее строение земли кратко
Обновлено: 04.07.2024
Узнать состав Земли помогли сейсмические волны, которые распространяются сквозь Земной шар и дают ответы о внутреннем составе, но об этом чуть ниже, а пока узнаем про самые глубокие места на планете.
Самые глубокие места
Самое глубокое место под открытым небом которое создал человек — карьер Бингем-Каньон США, его глубина достигает 1200 метром.
Самое глубокое место, куда может спуститься человек — золотодобывающая шахта Тау-Тона , в южной Африки 3,9 км.
Самое глубокое проникновение человека вглубь планеты — 12 км — Кольская сверхглубокая скважина в Мурманской области. Хоть это и самая глубокая точка до которой смогло докопать человечество, но так и не смогли докопать до границы коры.
Структура Земли и как сейсмические волны распространяются сквозь Земной шар.
Уже не одно десятилетие по всему миру разбросаны сейсмологические станции, которые регистрируют сейсмологические волны, на основе которых ученые могут делать выводы, как меняется скорость прохождения волн, через какую среду они проходят и на основе полученных данных сделать выводы по внутреннему составу планеты.
P и S волны.
Типы сейсмических волн: P-волны, или волны давления, которые могут проходить через твердые тела и жидкости. S-волны — это поперечные волны, которые проходят через твердые тело , но не могут проходить сквозь жидкости.
Р-волны являются более быстрыми из двух, и разрыв между ними дает оценку расстояния до землетрясения.
Магнитные и гравитационные доказательства.
Земля обладает магнитным полем, которое может быть вызвано постоянным магнитом или ионизированными молекулами, которые движутся в жидкой среде внутри Земли. Постоянный магнит не мог существовать при высоких температурах, обнаруженных в центре Земли, поэтому ученые пришли к выводу, что ядро жидкое.
География изучает поверхность Земли, строение и состав входящих в нее элементов: как выглядела планета в исторической перспективе, зачем изучать изображения Земли, каковы перспективы развития.
Существует деление внутренней составляющей планеты на слои по механическим или химическим свойствам.
Выделяют три основных слоя в строении планеты Земля:
Краткие сведения о структуре Земли
Земная кора — наружная часть литосферы. Особенности: континентальная земная кора имеет толщину 30-70 км, а океаническая кора — 5-7 км. Это каменная оболочка земли. Она покрывает всю планету. Состоит из горных пород, минералов и биогенных отложений.
Состав земной коры определяется с помощью химического анализа.
Схема состава земной коры: кремний и кислород + алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий, титан и малая доля других элементов.
Большую часть земной коры покрывает вода — гидросфера. Меньшая часть коры взаимодействует с воздушной оболочкой планеты — атмосферой.
Кора под континентами (материковая или континентальная) легче, чем океаническая. Кора под океанами состоит из осадочного и базальтового слоев.
Характеристика слоев континентальной коры:
- Осадочный — около 10-15 км осадочных пород. Образовался в результате накопления осадков. Осадки: ил, органические остатки, глина, известняк, песок, мел. Этот слой легко поддается выветриванию и вымыванию.
- Гранитный — около 5-15 км метаморфических пород. Свойства сходны с гранитом. Образовался в результате застывания раскаленной магмы. Является промежуточным слоем земной коры с кристаллической структурой.
- Базальтовый — около 10-35 км магматических пород. Возник в результате извержения вулканов. Находится на границе с мантией. Структура пород не изучена.
Слои океанической земной коры ограничиваются осадочным и базальтовым слоями.
Литосфера — твердая оболочка Земли. Ее толщина составляет 70 км. В нее входят земная кора и верхняя часть мантии.
Мантию характеризуют слои:
- Часть литосферы* — холодная, твердая прослойка планеты. Она входит в состав тектонических плит и плавает поверх астеносферы. Не является слоем мантии как таковым.
- Астеносфера — толщина примерно 200 км. Это полужидкий слой пород, который нагрет теплом. Слой подвижен и пластичен. Тепло выделилось в результате реакций радиоактивного распада. Из астеносферы в земную кору изливается магма. Когда магма застывает на поверхности Земли, она превращается в лаву.
- Нижняя мантия — толщина составляет около 2500 км. В этом слое высокие температуры, но породы остаются в твердом состоянии из-за возрастающего давления.
Общая толщина мантии составляет около 2900 км.
Мантию иногда называют покрывалом ядра.
Ядро состоит из:
- Внешнего ядра — толщина 2200 км. Это горячий сплав железа в жидком состоянии. Во внешнем ядре создается магнитное поле Земли: внутреннее ядро как бы плавает во внешнем. Из-за движения и создается магнитное поле, которое защищает Землю от космических излучений. На него же реагирует стрелка компаса.
- Внутреннего ядра — радиус 1270 км. Это горячий сплав железа и никеля. Большое давление сжимает внутреннюю область до твердого состояния.
В конце XIX века ирландский геофизик Роберт Маллет положил начало науке сейсмологии.
Сейсмологией называется раздел геофизики, который изучает землетрясения, их причины, природу и последствия.
Носителями сейсмологической информации выступают сейсмические волны.
Сейсмические исследования дают представление о слоистой структуре Земли. Определяют физические свойства и динамику недр нашей планеты и других.
Термин сейсмология произошел от греческих слов seismos — колебание, землетрясение и logos — слово, учение.
Серия концентрических слоев становится плотнее ближе к центру. На плотность влияют два фактора: температура и давление. Температура в центре Земли достигает 3 000 °C. На границе между мантией и корой падает до 375 °C. Под действием давления породы твердеют и уплотняются.
Как образовалась столь сложная структура Земли
Происхождение планеты.
Обширное облако газа и пыли начало сжиматься в крупный шар. Силы гравитации притягивали большое количества вещества. Температура и давление в центе нарастали. Большое количество энергии породило термоядерный взрыв. Загорелась звезда.
Эта звезда вращалась и притягивала на свою орбиту небольшие соседние тела. Они слипались в комки.
Земля и Луна родились из хаоса.
Земля образовалась из обломков звезд ранних поколений. Молекулы газа и частицы пыли объединялись. Образовывались глыбы и камни. Они состояли из частиц льда, железа и других веществ, которые были выброшены в космос. Силы притяжения сталкивали частицы и склеивали между собой.
Мелкие частицы соединялись в более крупные — планетезимали. Они сталкивались, разрушались и соединялись. Гравитация объектов росла, все больше вещества образовывалось. Появлялись раскаленные тела — прототипы планет.
Так постепенно возникло ядро планеты Земля.
Земля подвергалась бомбардировкам, сталкивалась с планетами, группами метеоритов. Один из таких ударов мог образовать Луну.
Энергия столкновения могла расплавить верхние слои земной коры и изменить геологию планеты. Земля могла расплавиться до самого ядра. Формирование твердой поверхности началось заново.
Неизвестно, в какой временной промежуток Земля обзавелась корой. Сегодняшняя кора по возрасту достигает 3,8 миллиарда лет. Большинство утесов изменилось под влиянием температур и давления.
Сейчас Земля покрыта несколькими большими жесткими плитами, которые постоянно движутся и трутся друг о друга. Это тектоника плит или платформ. Земные породы постоянно перемешиваются и преобразуются. Без таких процессов у планеты не было бы стабильного климата, запасов нефти и минералов.
Предположения о ядре
Ядро начинается на глубине 2890 км. Его радиус составляет 3470 км.
В ядре принято изображать два слоя: внутреннее ядра и внешнее. Но так было не всегда.
В начале времен планета Земля не обладала структурой. Затем железо и никель устремились к центру планеты. Как это произошло, точно неизвестно. Но есть предположение, что ядро образовалось внезапно, когда тяжелые вещества двигались вглубь планеты. Другие считают, что железо медленно проникало в ядро.
Ядро сформировалось, когда планете было 30-100 миллионов лет. Вихревые движения в жидком ядре запустили 3,5 миллиарда лет назад магнитное поле. Потом в промежутке от 1,5 до 1 миллиарда лет назад температура в центре ядра снизилась. В ядре произошла кристаллизация. Образовалось твердое ядро.
В XVII веке Э. Галлей предположил, что Земля состоит из полого корпуса. Его толщина составила около 500 миль. Две концентрические оболочки образовались вокруг внутреннего ядра. Диаметры соответствовали диаметрам Венеры, Марса и Меркурия. Но перечисленные научные данные из области геофизики, геодезии, астрономии и химии в XIX веке опровергли эту гипотезу.
Методы исследования структуры Земли
Представления о строении Земли, изучение процесса строятся на основании данных топографии, батиметрии и гравиметрии.
Топография — на основе наземных, воздушных и космических съемочных работ изучает методы изображения географических участков местности. На их основе создают топографические карты и планы.
Научная дисциплина может рассматриваться как самостоятельный раздел картографии и геодезии.
Батиметрия — изучает рельеф подводной части мирового океана, озер, рек и т. д. Результатами работы становятся батиметрические съемки нужного региона.
Данные батиметрии используют для навигации и научных изысканий.
Гравиметрия — наука об измерении величин гравитационного поля Земли и других небесных тел.
Данные представляются схемами и таблицами.
Также представления о строении Земли формируются на основе наблюдения горных пород в обнажениях, образцах, которые подняли с больших глубин; анализа сейсмических волн и экспериментах с кристаллическими телами при температурах и давлениях, близких к недрам планеты.
Ядро исследуют с помощью анализа радиоактивных изотопов, которые содержаться в вулканических породах глубоко внутри Земли.
Вещества, которые входят в состав мантии, еще до конца не изучены, сведений мало. Ответы на вопросы находят путем выдвижения гипотез и лабораторных экспериментов.
Мантия находится глубоко под Землей. Самые глубокие буровые скважины не доходят до нее. При прорыве газов через земную кору образуются кимберлитовые трубки. Через них поступают мантийные породы и минералы.
Один из известных — алмаз.
Мантию можно исследовать с помощью нейтрино.
Нейтрино — нейтральные частицы, практически не имеющие массы.
Эти частицы — разновидность антивещества, антинейтрино — выделяются в результате радиоактивного распада урана, тория и других радиоактивных изотопов глубоко под землей.
Анализ земной коры проводят с использованием кремния и алюминия. Их находят в континентальных областях. В сочетании с кислородом они дают гранит. Под океанским дном — базальтовые породы. В них преобладает кремний, магний и железо.
Но чистых образцов пород из мантии добыть не удалось.
Те породы, которые оказываются на поверхности — загрязнены.
При извержении вулканов выбрасываются сгустки мантии. В них содержится оливин и пироксен. В них много магния и железа.
Ученые пытаются узнать истину: строят предположения о составе мантии, используют косвенные доказательства. Они разработали детекторы для обнаружения антинейтрино. Человек становится ближе к пониманию основ.
В строении Земли три основные оболочки: земная кора, мантия и ядро.
Под мантией, на глубине около 2900 км от поверхности, скрыто ядро Земли. Оно имеет форму шара радиусом почти 3500 км. В ядре выделяют внешнюю и внутреннюю часть, которые отличаются по составу, температуре и плотности. Внутреннее ядро — самая горячая и плотная часть нашей планеты, состоящая, как полагают ученые, в основном из железа и никеля. Во внутреннем ядре давление столь велико, что оно, несмотря на огромную температуру (+6000…+10 000 °С), представляет собой твердое тело. Внешнее ядро находится в жидком состоянии, его температура — 4300 °С.
Строение земной коры
Большая часть коры снаружи покрыта гидросферой, а меньшая граничит с атмосферой. В соответствии с этим различают земную кору океанического и материкового типов, причем они имеют различное строение.
Материковая (континентальная) земная кора занимает меньшую площадь (около 40 % от всей поверхности Земли), но имеет более сложное строение. Под высокими горами ее толщина достигает 60—70 км. Состоит континентальная кора из 3 слоев — базальтового, гранитного и осадочного. Океаническая земная кора более тонкая — всего 5—7 км. Состоит она из двух слоев: нижнего — базальтового и верхнего — осадочного.
Земная кора наиболее изучена на глубину до 20 км. По результатам анализа многочисленных образцов горных пород и минералов, выходящих на поверхность земли при горообразовательных процессах, а также взятых из горных выработок и глубоких буровых скважин, был вычислен средний состав химических элементов земной коры.
Пограничный слой, разделяющий мантию и кору Земли, называют границей Мохо-ровичича, или поверхностью Мохо, в честь хорватского ученого А. Мохоровичича. Он первым в 1909 г. указал на характерное повеление сейсмических волн при переходе границы, которая прослеживается по всему земному шару на глубине от 5 до 70 км.
Как изучают мантию?
Мантия находится глубоко под Землей, и даже самые глубокие буровые скважины не доходят до нее. Но иногда при прорыве газов через земную кору образуются так называемые кимберлитовые трубки. Через них на поверхность поступают мантийные породы и минералы. Самый знаменитый из них — это алмаз, самый глубокорасположенный фрагмент нашей планеты, который мы можем изучать. Благодаря таким трубкам мы можем судить о строении мантии.
Кимберлитовая трубка в Якутии, где добываются алмазы, уже давно разрабатывается. На месте подобных трубок устроены огромные карьеры. Само же название их произошло от города Кимберли в Южной Африке
Ты наверняка знаешь, что наша планета состоит из нескольких слоев: сверху находится земная кора, ниже лежит мантия, а в центре располагается ядро, которое делится на внешнее и внутреннее. Но каким образом ученые это выяснили? Ведь ни мантию, ни тем более ядро Земли никто никогда не видел. Может быть, геологи исследовали недра, просверлив в Земле гигантский шурф? Увы, самая глубокая скважина, когда-либо пробуренная людьми, — Кольская сверхглубокая — уходит вниз лишь на двенадцать с небольшим километров. Если представить нашу Землю в виде яблока, то этой скважиной мы бы даже не проткнули его кожуру!
ДВА СИГНАЛА ОТ ДВУХ ПОРОД
В 1909 году хорватский сейсмолог Андрия Мохоровичич с помощью разработанных им приборов-сейсмографов зарегистрировал небольшое землетрясение, произошедшее и 39 км 01 3aipe6a, где эти приборы были установлены. Казалось бы, сейсмографы должны были просто зафиксировать каждый толчок произошедшего землетрясения. Однако на приборах почему-то были видны записи не одного, а как будто двух землетрясений, имевших разную силу и произошедших в разное время. Присмотревшись внимательнее к показаниям прибора, Мохоровичич понял, что часть колебаний Земли достигла сейсмографов напрямую, а часть отразилась от пород, лежащих ниже и отличающихся от верхних своими свойствами. Границу между этими породами впоследствии назвали поверхностью Мохоровичича. А дальнейшие наблюдения с помощью сейсмических приборов, установленных в разных местах, показали, что она пролегает на глубине от 500 метров (в некоторых местах под океанами) до 70 километров (под крупнейшими горными массивами на континентах).
СЛЕДИ ЗА ВОЛНОЙ!
Прошло немного времени, и ученые установили сейсмографы по всему земному шару. Теперь, когда происходило землетрясение, приборы по всей планете регистрировали идущие от него колебания. Причем регистрировали они два типа сейсмических волн: продольные — это фактически звуковые колебания, передающиеся в горных породах, и поперечные, характеризующиеся смещением грунта из стороны в сторону. Вскоре немецкий ученый Бено Гутенберг заметил, что если землетрясение случается на противоположной от установленного сейсмографа стороне Земли, то продольные волны доходят до прибора обычным образом, а вот поперечные как будто огибают некое препятствие в центре Земли. Поскольку ученые уже знали, что поперечные волны, в отличие от продольных, не распространяются в жидкости, был сделан вывод, что где-то в центре Земли имеется жидкий слой. Проанализировав записи поперечных волн, ученые выяснили, что верхняя граница этого слоя находится на глубине около 2900 км относительно земной поверхности. Так была открыта еще одна невидимая подземная граница — поверхность Гутенберга.
А затем оказалось, что средняя скорость продольных волн, идущих через центр Земли или очень близко к нему, немного больше, чем у таких же волн, проходящих сбоку от центра. Очевидно, что в центре Земли скорость волн возрастает, и значит, здесь снова происходит изменение физических свойств ядра, а именно, оно из жидкого превращается в твердое! Так ученые установили, что на глубине более 5100 км находится твердое земное ядро.
ГОСТИ ИЗ ПОДЗЕМЕЛЬЯ
Итак, геологи и создали знакомую нам схему строения Земли. То, что выше поверхности Мохоровичича, назвали земной корой, слой между ней и границей Гутенберга — мантией, центральную часть — ядром, а место изменения скорости продольных волн в ядре определили как границу жидкого внешнего и твердого внутреннего ядра. Но из каких же веществ состоят эти слои?
Казалось бы, узнать состав мантии довольно просто, ведь на поверхности Земли много горных пород, которые сформировались в мантии. (Правда, тут нужно отличить породу, зародившуюся в мантии, от породы, образовавшейся в более высоком слое, но это можно сделать, зная, при каком давлении формируется тот или иной вид горных пород). Но проблема в том, что, перемещаясь из глубин Земли к поверхности, породы частично оплавляются. И если по химическому составу они действительно, скорее всего, очень близки к породам мантии, то по структуре — вряд ли.
К счастью, в мантийных породах иногда встречаются фрагменты, которые не подвергались плавлению. Например в базальтах можно найти включения, поднятые с глубины 80 км. А алмазы в кимберлитах (другом виде частично оплавленных пород мантии) образовались, как считают геологи, на глубинах 100-200 км, то есть алмаз — самый глубокий фрагмент Земли, доступный изучению.
Словом, геологический состав мантии установлен довольно точно. Однако остается неизвестным, как различные мантийные породы (а их на сегодняшний день известен уже не один десяток) соотносятся между собой, каковы закономерности их залегания. То, что мы знаем сейчас о мантии, можно сравнить с тем, что может узнать о горах человек, который их никогда не видел, но внимательно изучил гальку, принесенную с гор рекой.
А что же с составом ядра? Никакие его части на поверхности Земли не появлялись. Однако анализируя скорость распространения сейсмических волн в ядре, ученые довольно точно смогли определить его плотность. Оказалось, что на границе с мантией плотность ядра в 10, а в центре — в 14 раз больше плотности воды. Для сравнения: плотность горных пород на поверхности Земли превышает плотность воды в три-четыре раза. Логично предположить, что ядро состоит из металла, причем достаточно тяжелого — магний или алюминий не подойдут. А вот железо годится на эту роль, у него и плотность подходящая, и оно — самый распространенный металл во Вселенной. Поэтому ученые и сделали вывод что ядро Земли, скорее всего, состоит из железа.
Читайте также: