Строение и эволюция Земли.
Планета Земля образовалась около 4,5 миллиардов лет тому назад и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник Луну. Основные параметры: экваториальный радиус 6 378 км, полярный радиус 6 357 км, длина экватора 40 075 км, площадь поверхности 510.1 млн. км2, масса Земли 5976 *1021кг.
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 более 12 262 м при проектной глубине до 15 км. Особое место занимает минеральный агрегат из кимберлитовой трубки Лесото (Южная Африка), который рассматривается как представитель мантийных пород, залегающих на глубине ~250 км. В вулканических областях по продуктам извержения вулканов можно судить о составе вещества на глубинах 50-100 км.
В целом же глубинное внутреннее строение Земли изучается главным образом геофизическими методами: сейсмическим, магнитометрическим и др. Одним из важнейших методов является сейсмический (греч. <сейсмос> - трясение) метод, основанный на изучении естественных землетрясений и <искусственных землетрясений>, вызываемых взрывами или ударными вибрационными воздействиями на земную кору.
Очаги землетрясений располагаются на различных глубинах от приповерхностных (около 10 км) до самых глубоких (до 700 км), прослеженных в разломных зонах по окраинам Тихого океана. Возникающие в очаге сейсмические волны как бы просвечивают Землю и дают представление о той среде, через которую они проходят.
Сейсмическая модель строения Земли
Широко известная модель внутреннего строения Земли разработана сейсмологами Г. Джеффрисом и Б. Гутенбергом еще в первой половине XX века. Выделяют три главные области Земли:
1. Ядро Земли, радиус которого составляет 3471 км. Внутреннее ядро, имеющее радиус 1225 км, твердое и обладает большой плотностью - 12,5 г/см3. Внешнее ядро (2246 км) радиус жидкое, его плотность 10 г/см3. На границе ядра и мантии (граница Гутенберга) отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности. В мантии она снижается до 5,5 г/см3.
2. Мантия Земли, распространяющаяся до глубин 2900 км. Мантия распространяется в глубину на 45% земного радиуса. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 492-670 км. Нижняя мантия, заключенная между глубинами 670 и 2900 км, простирается по радиусу Земли на 2230 км.
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро планеты.
Верхней границей мантии служит сейсмический раздел Мохоровичича (Мохо, М), выделенный югославским сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936) еще в 1909 году. Он отделяет мантию от земной коры. Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на плотную и тугоплавкую мантию и легкоплавкую и легкую часть — кору.
3. Земная кора - верхняя оболочка Земли, мощность которой изменяется от 6-7 км под глубокими частями океанов до 35-40 км под равнинными платформенными территориями континентов, до 50-70(75) км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами). Земная кора бывает 2 типов:
· Океаническая кора состоит главным образом из базальтов. После того, как кора сформировалась, её толщина составляет примерно 7 километров и в дальнейшем увеличивается только за счет осадочного слоя. От континентов кора океанов отличается меньшей мощностью и базальтовым составом.
· Континентальная кора имеет трёхслойное строение.
Верхний слой представлен прерывистым покровом осадочных пород, который развит широко, но редко имеет большую мощность.
Большая часть коры сложена верхней корой — слоем, состоящим главным образом из гранитов, обладающим низкой плотностью и древней историей. Исследования показывают, что большая часть этих пород образовались очень давно, около 3 миллиардов лет назад. Ниже находится нижняя кора, состоящая из гранулитов.
Геотектоника (от греч. "тектос" - строитель, структура, строение), - раздел геологии, изучающий структуру, движения, развитие и деформации участков земной коры и верхней мантии Земли.
Верхняя мантия имеет хорошо фиксирующийся внутренний сейсмический раздел, проходящий на глубине 410 км. При переходе этой границы сверху вниз сейсмические скорости резко возрастают. Здесь, как и на нижней границе верхней мантии, происходят существенные минеральные преобразования.
Верхнюю часть верхней мантии и земную кору слитно выделяют как литосферу, являющуюся верхней твердой оболочкой Земли, в противоположность гидро- и атмосфере. В 60-е годы ХХ века была создана новая глобальная геотектоническая теории - тектоники литосферных плит.
Начало ей положил в 1915 году геофизик Альфред Вегенер публикацией труда под названием "Происхождение материков и океанов". В этой монографии на основании геологических, географических и палеонтологических данных Вегенер показал, что некогда на Земле существовал только один, сложенный из гранитных пород, материк, которому Вегенер дал название Пангея (от греческих слов "пан" - всеобщий и "Гея" - Земля), и только один океан Панталасса ("таласса" по-гречески - море). По мнению А. Вегенера, около 250-200 миллионов лет назад Пангея под действием силы вращения Земли раскололась на отдельные блоки, а дальнейшее действие ротационных сил Земли "расталкивало" их, в результате чего эти сложенные из гранита блоки "дрейфовали" по более плотным слоям земной мантии - базальтам.
Гипотезу Вегенера вначале не приняли. Она подтвердилась в 60-е годы, и на сегодняшний день эта теория является общепринятой в науке.
Теория тектоники литосферных плит позволила воссоздать историю развития и перемещения континентальных плит и объяснить современный рельеф поверхности Земли. Она утверждает, что земная кора состоит из относительно целостных блоков — плит, (сейчас насчитывают 13 крупнейших литосферных плит), которые находятся в постоянном движении друг относительно друга.
250 млн. лет назад все континенты представляли собой единый массив – гигантский материк Пангею. Пангея 225 миллионов лет назад раскололась на 2 части - Лавразию (северный, в который были объединены нынешние Европа, Азия и Северная Америка.) и Гондвану (южный, состоящий из Южной Америки, Южной Африки, Мадагаскара, Индии, Австралии и Антарктиды), которые разделили единый океан Панталлассу на Тихий океан и океан Тетис. Если первый существует до сих пор, то Тетис исчез около 6-7 миллионов лет назад, а его остатками сегодня являются Средиземное, Черное, Азовское, Каспийское и Аральское моря. Дальнейшее дробление континентов, вызнанное бурными тектоническими процессами, привело к появлению современных материков и океанов.
Ядро, мантия и земная кора составляют «твердую Землю». За пределами «твердой Земли» находятся так называемые ВНЕШНИЕ СФЕРЫ– гидросфера (жидкая оболочка), биосфера и атмосфера (газовая оболочка).
Большую часть поверхности Земли занимает Мировой Океан (Атлантический, Индийский, Северный Ледовитый, Тихий) – 70,8%. Оставшиеся 29,2% - суша, которая образуется 6 массивами – материками (Австралия, Антарктида, Африка, Евразия, Северная Америка, Южная Америка) и многочисленными островами.
Северное полушарие Земли – материковой (39% поверхности).
Южное полушарие Земли – океаническое (19% поверхности).
Самая высокая точка земной поверхности – гора Джомолунгма (8848 м).
Самая низкая точка земной поверхности – Марианский глубоководный желоб Тихого океана (11022 м (хотя по данным последних наблюдений эта величина не превышает 10911-10924 м).
Гидросфе́ра (греч. Hydor - вода + Sphaira - шар) — совокупность всех водных запасов Земли, прерывистая водная оболочка земного шара, расположенная на поверхности и в толще земной коры и представляющая совокупность океанов, морей и водных объектов суши.
Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96% объема гидросферы составляют моря и океаны, около 2% — подземные воды, около 2% — льды и снега, около 0,02% — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.
Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее, играют важнейшую роль в жизни нашей планеты, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Воды гидросферы находятся в постоянном взаимодействии с атмосферой, земной корой и биосферой. Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу.
Кроме того, Земля обладает гравитационным и электромагнитным полями. Гравитационное поле удерживает Луну и искусственные спутники Земли, обусловливает сферическую форму Земли, течение рек, движение ледников. Электромагнитное поле вместе с атмосферой задерживает большую часть жесткой электромагнитной радиации, защищая биосферу от их губительного воздействия.