Внутреннее строение Земли.

Вопросы для рассмотрения:
1. Методы изучения внутреннего строения Земли.
2. Внутреннее строение Земли.
3. Физические свойства и химический состав Земли.
4. История возникновения и развития земных оболочек. Движение земной коры.
5. Вулканы и землетрясения.


          1. Методы изучения внутреннего строения Земли.
         1) Визуальные наблюдения обнажений горных пород

Обнажение горных пород — это выход пород на земную поверхность в оврагах, долинах рек, карьерах, шахтных выработках, на склонах гор.

При изучении обна­жения обращают внимание на то, какими породами оно сложено, каковы состав и мощность этих пород, порядок их залегания. Из каждого пласта берут пробы для дальнейшего изучения в лаборатории, чтобы определить химический состав пород, их происхождение и воз­раст.

2) Бурение скважин позволяет извлечь образцы пород – керн, а затем  определить состав, строение, залегание пород и  построить чертеж пробуренной толщи - геологический разрез местности. Сопоставление мно­гих разрезов дает возможность установить, как залегают породы, и составить геологическую карту территории. Самая глубокая скважина была пробурена на глубину 12 км. Эти два метода позволяют изучить Землю только поверхностно.

3) Сейсмическая разведка.

Создавая взрывом волну искусственного землетрясения, люди следят за скоростью ее прохождения через различные слои. Чем плотнее среда, тем боль­ше скорость. Зная эти скорости и прослеживая их изменение, ученые могут определить плотность залегаемых пород. Этот метод получил название сейсмозондирования и помог заглянуть внутрь Земли.

       2. Внутреннее строение Земли. 

      Сейсмозондирование Земли позволило выделить три ее части – литосферу, мантию и ядро.

      Литосфера (от греческого литос - камень и сфера - шар) — верхняя, каменная оболочка Земли, включающая земную кору и верхний слой мантии (астеносферу). Глубина литосфе­ры достигает более 80 км. Вещество астеносферы находится в вязком состоянии. В результате земная кора как бы плавает на жидкой поверхности.

Земная кора имеет толщину от 3 до 75 км. Ее строение неоднородно (сверху в низ): 

1 – осадочные породы (песок, глина, известняк) – 0-20 км. Рыхлые породы имеют невысокую скорость сейсмических волн.

2 – гранитный слой (отсутствует под океаном) имеет большую скорость волн 5,5-6 км/с;

3 – базальтовый слой (скорость волн 6,5 км/с);

Выделяют два вида коры — материковую и океаническую. Под материка­ми кора содержит все три слоя — осадочный, гранитный и базальтовый. Ее мощность на равнинах достигает 15 км, а в горах увеличивается до 80 км, образуя «корни гор». Под океанами гранитный слой во многих местах вообще отсутствует и базальты покрыты тонким чехлом осадоч­ных пород. В глубоководных частях океана мощность коры не превышает 3—5 км, а ниже залегает верхняя мантия.

Температура в толще коры достигает 600^оС. Она в основном состоит из оксидов кремния  и алюминия.

Мантия - промежуточная оболочка, расположенная меж­ду литосферой и ядром Земли. Нижняя ее граница проходит предположительно на глубине 2900 км. На мантию прихо­дится 83%  объема Земли. Температура мантии составляет от 1000 ^оС в верхних слоях до 3700 ^оС в нижних. Граница раздела коры и мантии – поверхность Мохо (Мохоровичича).

В верх­ней мантии возникают очаги землетрясений, образуются руды, алмазы и другие ископаемые. Отсюда же на поверх­ность Земли поступает внутреннее тепло. Вещество верхней мантии постоянно и активно перемещается, вызывая дви­жение литосферы и земной коры. Оно состоит из кремния и магния. Внутренняя мантия постоянно перемешивается с жидким ядром. Тяжелые элементы погружаются в ядро, а легкие поднимаются к поверхности. Вещество, слагающее мантию 20 раз совершило кругооборот. Всего 7 раз этот процесс должен повториться и прекратится процесс построения земной коры, землетрясения и вулканы.

Ядро состоит из внешнего (до глуби­ны 5 тыс. км), жидкого слоя и внутреннего -  твердого. Представляет собой железо-никелиевый сплав. Температура жидкого ядра 4000 ^оС, а внутреннего 5000 ^оС. Ядро имеет очень высокую плотность, особенно внутреннее, потому оно и твердое. Плотность ядра в 12 раз превышает воду.

          3. Физические свойства и химический состав Земли.
          К физическим свойствам Земли относят температур­ный режим (внутреннюю теплоту), плотность и давле­ние.

На поверхности Земли температура постоянно изменя­ется и зависит от притока солнечного тепла. Суточные коле­бания температур распространяются до глубины 1—1,5 м, сезонные — до 30 м. Ниже этого слоя лежит зона постоянных температур, где они всегда остаются неизмен
85;ыми и соот­ветствуют среднегодовым температурам данной местности на поверхности Земли.

Глубина залегания зоны постоянных температур в раз­ных местах неодинакова и зависит от климата и тепло­проводности горных пород. Ниже этой зоны начинается повышение температур, в среднем на 30 °С через каждые 100 м. Однако величина эта непостоянна и зависит от со­става горных пород, наличия вулканов, активности теп­лового излучения из недр Земли. 

Зная радиус Земли, можно подсчитать, что в центре ее температура должна достигать 200 000 °С. Однако при та­кой температуре Земля превратилась бы в раскаленный газ. Принято считать, что постепенное повышение темпе­ратур происходит только в литосфере, а источником внут­реннего тепла Земли служит верхняя мантия. Ниже рост температур замедляется, и в центре Земли она не превы­шает 5000°С.

Плотность Земли. Чем плотнее тело, тем больше масса единицы его объема. Эталоном плотности принято счи­тать воду, 1 см³ которой весит 1 г, т. е. плотность воды равна 1 г/см³. Плотность других тел определяется отноше­нием их массы к массе воды такого же объема. Отсюда понятно, что все тела, имеющие плотность больше 1, тонут, меньше — плавают.

Плотность Земли в разных местах неодинакова. Оса­дочные породы имеют плотность 1,5 — 2 г/см³, гранит - 2, 6 г/см³, а базальты — 2,5-2,8 г/см³. Средняя плотность Земли составляет 5,52 г/см³. В цен­тре Земли плотность слагающих ее пород возрастает и со­ставляет 15—17 г/см³.

Давление внутри Земли. Горные породы, находящиеся в центре Земли, испытывают огромное давление со сторо­ны вышележащих слоев. Подсчитано, что на глубине все­го лишь 1 км давление составляет 10⁴ гПа, а в верхней мантии оно превышает 6 • 10⁴ гПа. Лабораторные экспе­рименты показывают, что при таком давлении твердые тела, например мрамор, изгибаются и могут даже течь, т. е. приобретают свойства, промежуточные между твердым телом и жидкостью. Такое состояние веществ называют пластическим. Данный эксперимент позволяет утверждать, что в глубоких недрах Земли материя находится в пласти­ческом состоянии.

Химический состав Земли. В Земле можно найти все химические элементы таблицы Д. И. Менделеева. Однако количество их неодинаково, распределены они крайне неравномерно. Например, в земной коре кислород (О) составляет более 50 %, железо (Fе) — менее 5 % ее массы. Подсчитано, что базальтовый и гранитный слои состоят в основном из кислорода, кремния и алюминия, а в мантии возрастает доля кремния, магния и железа. В це­лом же принято считать, что на 8 элементов (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, водород) приходится 99,5 % состава земной коры, а на все остальные - 0,5 %. Данные о составе мантии и ядра носят предположительный характер.

4. История возникновения и развития земных оболочек. Движение земной коры.

Около 5 млрд. лет назад из газо-пылевой туманности сформировалось космическое тело Земля. Оно было холодным. Четких границ между оболочками еще не существовало. Из недр Земли бурным потоком поднимались газы, сотрясая взрывами поверхность.  

В результате сильного сжатия в ядре начали происходить ядерные реакции, что привело к выделению большого количества тепла. Энергия разогрела  недра планеты. В процессе плавления  металлов недр более легкие вещества всплывали на поверхность и образовывали кору, а тяжелые опускались вниз. Застывшая тонкая пленка тонула в горячей магме и вновь образовывалась. Через время на поверхности стали скапливаться большие массы легких оксидов кремния и алюминия, которые уже не тонули. Со временем они образовали большие массивы и остыли. Такие образования называются литосфреными плитами (материковыми платформами). Они подобно гигантским айсбергам плавали и продолжают свой дрейф на пластичной поверхности мантии. 

2 млрд. лет назад появилась водная оболочка в результате конденсации водяных паров. 
Около 500-430 млн.  лет назад  существовали 4 континента: Ангария (часть Азии), Гондвана, Североамериканская и Европейская плиты. В результате движения плит две последние плиты столкнулись, образуя горы. Образовалась Евроамерика.

Около 275 млн. лет назад произошло столкновение Евроамерики и Ангарии, на месте возникли Уральские горы. В результате этого столкновения возникла Лавразия.

Вскоре Лавразия и Гондвана соединились, образовав Пангею (175 млн. лет назад), а затем снова разошлись. Каждый из этих континентов распался еще на фрагменты, образовав современные материки.

В верхней мантии происходят конвекционные течения под действием восходящих тепловых потоков. Большое глубинное давление заставляет двигаться литосферу, состоящую из отдельных блоков – плит. Литосфера разбита примерно на 15 крупных плит, движущихся в разных направлениях. При столкновении друг с дру­гом их поверхность сжимается в складки и поднимается, образуя го­ры. В других местах образуются трещины (рифтовые зоны) и лавовые потоки, вырываясь наружу, заполняют пространство. Данные процессы происходят как на суше, так и на дне океана.

Видео 1. Образование Земли, ее литосферных плит.

Движение литосферных плит.

Тектоника – процесс перемещения литосферных плит по поверхности мантии. Движение земной коры называется тектоническим движением.

Изучение структуры горных пород, электронная топографическая съемка дна океана из космоса подтвердили теорию тектоники плит.

                                             

 Видео 2. Эволюция континентов.

5. Вулканы и землетрясения.

 Вулкан – геологическое образование на поверхности земной коры, через которое извергаются потоки расплавленных пород, газы, пар и пепел. Следует различать магму и лаву. Магма - жидкие породы в жерле вулкана. Лава - потоки породы по склонам вулкана. Из остывшей лавы формируются вулканические горы.

На Земле около 600 действующих вулканов. Они образуются там, где земная кора расколота трещинами, близко залегают слои расплавленной магмы. Вверх ее подниматься заставляет высокое давление. 

Вулканы образуются:

- на стыках литосферных плит, как океанических, так и континентальных;

- в местах, где земная кора тонкая (восходящие конвективные потоки прожигают кору, ища выход магмы), образуются вулканические острова;

- в зонах субдукции (океаническая плита погружается под континентальную, в результате в верхний слой литосферы поступает огромное количество осадочных пород, содержащий углерод, вода. Под землей накапливается большое количество газов, которые ищут выхода на поверхность, формируются вулканы);

- зоны спреддинга – районы, в которых края плит раздвигаются под действием конвективных потоков, образуются срредиино-океанические хребты.

Вулканы бывают наземные и подводные.

Вулкан представляет собой гору, имеющую кратер.  

Строение вулкана:

- вулканический конус

- кратер – чашеобразное углубление;

- лавовая пробка;

- жерло – место извержения лавы;

- канал – шахта вулкана, по которой поднимается магма;

- магматический резервуар, или вулканическая камера.

Могут быть и боковые каналы. По каналу вулкана из магматического резервуара поступает на поверхность жидкая магма, образуя лавовые потоки. Если  лава остывает в жерле вулкана, то формируется пробка, которая  под воздействием давления газов может взорваться, освобождая путь свежей магме (лаве). Если лава достаточно жидкая (в ней много воды), то она быстро стекает по склону вулкана. Густая лава течет медленно и застывает, увеличивая вулкан в высоту и ширину. Температура лавы может достигать 1000-1300^оС и двигаться со скоростью 165 м/с. 

Деятельность вулкана часто сопровождается выбросом большого количества пепла, газов и паров воды. Перед извержением над вулканом столб из выбросов может достигать нескольких десятков км в высоту. На месте горы после извержения может образоваться кратер гигантских размеров с клокочущим озером из лавы внутри – кальдера.

Вулканы образуются в сейсмически активных зонах: в местах соприкосновения литосферных плит. В разломах магма близко подходит к поверхности Земли, расплавляя породы и образуя вулканический канал. Захваченные газы увеличивают давление и выталкивают магму на поверхность.

Многие вулканы входят в «Тихоокеанское огненное кольцо», находящееся вдоль восточных берегов Азии и западных берегов обеих Америк.

Виды вулканов

Стратовулкан

Щитовой вулкан

Кальдера

Куполообразный

Столовая гора

 

Извержения вулканов делятся на два типа в зависимости от того, каким образом извергается магма на поверхность: красные вулканы и серые.

Красные вулканы сопровождаются эффузивные извержениями – излиянием расплавленной лавы.

Серые вулканы сопровождаются эксплозивными извержениями – взрывом породы, выбросом пепла и газа.

Бывает смешанный тип.

 По мощности и внешним проявлениям извержения делятся на 5 видов:

Гавайсткий тип – лавлвые потоки медленно стекают из кратера, газы выделяются спокойно. В кратерах кипящие лавовые озера. Пример – о. Гавайи

Стромболианский тип – умеренный тип эксплозивных извержений. В лаве мало газов, она средней вязкости. Сопровождается периодичностью извержения, небольшими взрывами и разбрасыванием лавы по склонам. Иногда лава может спокойно изливаться (вулкан Стромболи).

Вулканский тип – вязкая лава насыщена газами, извержение сопровождается взрывами и образованием эруптивных столбов до 20 км с выбросом пепла, лавы и образованием бомб вулкан Вулькано).

Пелейский тип – очень вязкая лава застывает в пробке, сопровождается очень сильным взрывом, образованием палящей тучи, скатывающейся по склонам, уничтожая все в радиусе 15-20 км (Мон-Пеле).

Плинианский тип – очень вязкая, насыщенная газами лава под большим давлением образует гигантский взрыв (Везувий), образуется высокий эруптивный столб в виде итальянской сосны пинии, потом вещества обрушиваются, покрывая огромные площади).

 Вулканические выбросы и последствия вулканической деятельности:

1. Лавовые потоки

2. Пеплопад. Пепел – обломочный материал менее 2 мм. Загрязняет окружающую среду, почву, приводит к гибели животных и человека при вдыхании.

3. Вулканические бомбы, лапилли.

Лапилли – обломки лавы 2-5 мм. Бобмы – крупные обломки более 50 мм. Вязкая лава застывает, падает на землю, вызывая разрушения или пожары.

4. Палящие тучи – смесь газов и пепла со скоростью 200-50 км/ч спускается со склона в виде гигантского облака, сжигая все на своем пути. Возникают при обрушении эруптивных столбов. Вызывают многочисленные жертвы.

5. Газы – сернистый газ, хлористый водород, углекислый газ в перегретом состоянии может отравить живые существа. Могут формировать кислотные дожди.

6. Лахары – водные потоки со скоростью 50 км/ч, скатывающиеся со склонов вулкана.

7. Подвижки грунта

8. Цунами

Землетрясения возникают в результате внезапных смещений и разрывов  земной коры. Большинство землетрясений длится несколько секунд, в отдельных случаях  - около минуты. После главных толчков могут возникнуть повторные колебания в результате оседания горных пород.

Возникают землетрясения в мантии. Литосферные плиты могут подминаться одна под другую, сжимать друг друга или образовывать трещины. Высвобождаемая энергия приводит к сотрясениям почвы.

Последствия землетрясения зависят от его силы, глубины толчков и характера поверхности. Земля может разверзнутся, песчаные почвы превратиться в зыбучие пески, а в горах произойдут обвалы. Сотрясения океанического дна способствует возникновению цунами, несущих большую разрушительную силу.

Место возникновения землетрясения в толще земной коры называется гипоцентром.

Область на поверхности земли прямо над источником сейсмических волн называется эпицентром землетрясения.

Силу землетрясения измеряют по шкале Рихтера (Меркалли), по которой уровни колебания коры оцениваются в 12 баллов.

-         2 балла - наблюдается покачивание висящих предметов; 

-         5 баллов – сильные и ощутимые толчки, падают предметы, проливаются жидкости, бьются окна;

-         7 баллов – обвал непрочных строений, памятников;

-         10 баллов – значительные разрушения ландшафта, оползни и цунами;

-         12 баллов – значительные изменения земной поверхности, земля ид;ет волнами, незакрепленные предметы разлетаются в разные стороны.

                                               Видео 2: Извержение вулканов.

                                              Видео 3: Землетрясение.