4 straturi de pământ. Măruntaiele pământului. Structura internă a Pământului. Model de aluat de joaca
Definiția 2
Hidrosferă- învelișul de apă de pe suprafața planetei, format din toate corpurile de apă care există pe Pământ.
Grosimea acestui înveliș de apă este diferită în diferite zone. Adâncimea medie este de $3,8$ km, iar adâncimea maximă este de $11$ km. Hidrosfera este o forță geologică puternică care realizează ciclul atât al apei, cât și al altor substanțe.
O altă coajă nouă apare odată cu apariția vieții pe Pământ - aceasta biosferă. Termenul a fost introdus E. Suessom ($1875$).
Definiția 3
Biosferă- aceasta este acea parte a învelișurilor Pământului în care trăiesc diverse organisme.
Limitele acestei cochilii sunt asociate cu prezența condițiilor necesare pentru viața normală, astfel încât partea superioară a acesteia este limitată intensitatea radiațiilor ultraviolete, iar cel de jos cu temperaturi de până la 100$ grade.
Observația 3
Biosferă considerat cel mai înalt ecosistem al Pământului, deoarece este o combinație a tuturor biogeocenozelor.
Apariția omului pe Pământ a dus la apariția unor factori antropici, care, odată cu dezvoltarea civilizației, s-au intensificat și au condus la apariția unei cochilie specifice - noosferă. Acest termen a fost introdus pentru prima dată E. Leroy($1870-1954$) și T.Ya. de Chardin ($1881-1955$).
Noosfera este cea mai înaltă etapă în evoluția biosferei și este strâns legată de dezvoltarea societății umane. Aceasta este sfera de interacțiune dintre societate și natură. În limitele acestei interacțiuni, activitatea umană inteligentă devine factorul determinant.
Observația 4
Noosfera face parte din biosferă, a cărui dezvoltare este îndreptată mintea omului.
Cât de des, în căutarea răspunsurilor la întrebările noastre despre cum funcționează lumea, privim în sus la cer, la soare, la stele, privim departe, departe sute de ani lumină în căutarea unor noi galaxii. Dar, dacă te uiți sub picioarele tale, atunci sub picioarele tale există o întreagă lume subterană din care este formată planeta noastră - Pământul!
Măruntaiele pământului aceasta este aceeași lume misterioasă sub picioarele noastre, organismul subteran al Pământului nostru, pe care trăim, construim case, construim drumuri, poduri și de multe mii de ani dezvoltăm teritoriile planetei noastre natale.
Această lume este adâncurile secrete ale intestinelor Pământului!
Structura pământului
Planeta noastră aparține planetelor terestre și, ca și alte planete, este formată din straturi. Suprafața Pământului este formată dintr-o înveliș solidă a scoarței terestre, o manta extrem de vâscoasă este situată mai adânc, iar un miez metalic este situat în centru, care este format din două părți, cea exterioară este lichidă, cea interioară este solidă. .
Interesant este că multe obiecte ale Universului sunt atât de bine studiate încât fiecare școlar știe despre ele; nava spatiala, dar intrarea în cele mai adânci intestine ale planetei noastre este încă o sarcină imposibilă, așa că ceea ce se află sub suprafața Pământului rămâne încă un mare mister.
Metode de studiere a structurii interne și a compoziției PământuluiMetodele de studiere a structurii interne și a compoziției Pământului pot fi împărțite în două grupe principale: metode geologice și metode geofizice. Metode geologice se bazează pe rezultatele unui studiu direct al straturilor de rocă din aflorimente, lucrări miniere (mine, adăposturi etc.) și foraje. În același timp, cercetătorii au la dispoziție întregul arsenal de metode de studiere a structurii și compoziției, care determină un grad înalt detaliile rezultatelor obtinute. În același timp, posibilitățile acestor metode în studierea adâncimii planetei sunt foarte limitate - cea mai adâncă fântână din lume are o adâncime de numai -12262 m (Kola superdeep în Rusia), adâncimi chiar mai mici au fost atinse la foraj. fundul oceanului (aproximativ -1500 m, foraj din laterala navei americane de cercetare „Glomar Challenger”). Astfel, adâncimi care nu depășesc 0,19% din raza planetei sunt disponibile pentru studiu direct.
Informațiile despre structura profundă se bazează pe analiza datelor indirecte obținute metode geofizice, în principal modelele de schimbare cu adâncimea diferiților parametri fizici (conductivitatea electrică, figura de merit mecanică etc.) măsurați în timpul cercetărilor geofizice. Dezvoltarea modelelor de structura internă a Pământului se bazează în primul rând pe rezultatele studiilor seismice bazate pe date privind legile de propagare a undelor seismice. În centrele cutremurelor și exploziilor puternice, apar unde seismice - vibrații elastice. Aceste unde sunt împărțite în unde de volum – care se propagă în intestinele planetei și le „translucid” ca razele X, și unde de suprafață – se propagă paralel cu suprafața și „sondează” straturile superioare ale planetei la o adâncime de zeci sau sute de kilometri.
Undele corporale, la rândul lor, sunt împărțite în două tipuri - longitudinale și transversale. Undele longitudinale cu o viteză mare de propagare sunt primele care sunt înregistrate de receptorii seismici, se numesc unde primare sau P ( din engleza. primar - primar), undele transversale „mai lente” se numesc unde S ( din engleza. secundar - secundar). Undele transversale, după cum se știe, au o caracteristică importantă - se propagă numai într-un mediu solid.
La granițele mediilor cu proprietăți diferite, undele sunt refractate, iar la limitele unor schimbări bruște ale proprietăților, pe lângă undele refractate, reflectate și convertite. Undele de forfecare pot fi compensate perpendicular pe plan dip (unde SH) sau deplasare situată în planul de scufundare (unde SV). Când traversează granița mediilor cu proprietăți diferite, undele SH experimentează refracția obișnuită, iar undele SV, pe lângă undele SV refractate și reflectate, excită undele P. Acesta este cum un sistem complex unde seismice, „translucide” intestinele planetei.
Analizând tiparele de propagare a undelor, este posibil să se identifice neomogenități în intestinele planetei - dacă la o anumită adâncime se înregistrează o schimbare bruscă a vitezelor de propagare a undelor seismice, refracția și reflectarea acestora, se poate concluziona că la acest adâncime există o limită a învelișurilor interioare ale Pământului, care diferă în proprietățile lor fizice.
Studiul modalităților și vitezei de propagare a undelor seismice în intestinele Pământului a făcut posibilă dezvoltarea unui model seismic al structurii sale interne.
Undele seismice, care se propagă de la sursa cutremurului în adâncurile Pământului, experimentează cele mai semnificative salturi de viteză, se refractează și se reflectă asupra secțiunilor seismice situate la adâncimi. 33 kmși 2900 km de la suprafață (vezi fig.). Aceste granițe seismice ascuțite fac posibilă împărțirea intestinelor planetei în 3 geosfere interne principale - scoarța terestră, mantaua și miezul.
Scoarța terestră este separată de mantau printr-o graniță seismică ascuțită, pe care viteza undelor longitudinale și transversale crește brusc. Astfel, viteza undelor transversale crește brusc de la 6,7-7,6 km/s în partea inferioară a scoarței la 7,9-8,2 km/s în manta. Această limită a fost descoperită în 1909 de seismologul iugoslav Mohorovičić și ulterior a fost numită granița Mohorović(deseori prescurtat ca limită Moho sau M). Adâncimea medie a hotarului este de 33 km (de remarcat că aceasta este o valoare foarte aproximativă datorită grosimilor diferite în diferite structuri geologice); în același timp, sub continente, adâncimea secțiunii Mohorovichich poate ajunge la 75-80 km (care se fixează sub structuri montane tinere - Anzi, Pamir), sub oceane scade, ajungând putere minima 3-4 km.
O limită seismică și mai clară care separă mantaua și miezul este fixată la adâncime 2900 km. Pe această secțiune seismică Viteza undei P scade brusc de la 13,6 km/s la baza mantalei la 8,1 km/s în miez; Unde S - de la 7,3 km / s la 0. Dispariția undelor transversale indică faptul că partea exterioară a miezului are proprietățile unui lichid. Granița seismică care separă miezul și mantaua a fost descoperită în 1914 de seismologul german Gutenberg și este adesea denumită ca granița Gutenberg, deși acest nume nu este oficial.
Modificări bruște ale vitezei și naturii trecerii valurilor sunt înregistrate la adâncimi de 670 km și 5150 km. Granita 670 kmîmparte mantaua în mantaua superioară (33-670 km) și mantaua inferioară (670-2900 km). Granita 5150 kmîmparte miezul într-un lichid extern (2900-5150 km) și un solid intern (5150-6371 km).
Modificări semnificative se remarcă și în secțiunea seismică 410 kmîmpărțind mantaua superioară în două straturi.
Datele obținute cu privire la granițele seismice globale oferă o bază pentru luarea în considerare a unui model seismic modern al structurii adânci a Pământului.
Învelișul exterior al pământului solid este Scoarta terestra delimitat de hotarul Mohorovichic. Aceasta este o coajă relativ subțire, a cărei grosime variază de la 4-5 km sub oceane la 75-80 km sub structurile montane continentale. Crusta superioară se distinge distinct în compoziția strat sedimentar, constând din roci sedimentare nemetamorfozate, printre care pot fi prezenți vulcanici, și care stau la baza acesteia consolidate, sau cristalin,latra, formată din roci intruzive metamorfozate și magmatice.Există două tipuri principale de scoarță terestră - continentală și oceanică, fundamental diferite ca structură, compoziție, origine și vârstă.
crusta continentală se află sub continente și marginile lor subacvatice, are o grosime de 35-45 km până la 55-80 km, se disting 3 straturi în secțiunea sa. Stratul superior, de regulă, este compus din roci sedimentare, inclusiv o cantitate mică de roci magmatice slab metamorfozate. Acest strat se numește sedimentar. Geofizic, se caracterizează printr-o viteză scăzută a undei P în intervalul 2-5 km/s. Grosimea medie a stratului sedimentar este de aproximativ 2,5 km.
Mai jos se află crusta superioară (granit-gneis sau stratul „granit”), compusă din roci magmatice și metamorfice bogate în silice (în medie, corespunzătoare ca compoziție chimică granodioritului). Viteza undelor P în acest strat este de 5,9-6,5 km/s. La baza crustei superioare se distinge secțiunea seismică Konrad, reflectând o creștere a vitezei undelor seismice în timpul tranziției către crusta inferioară. Dar această secțiune nu este fixată peste tot: în crusta continentală, se înregistrează adesea o creștere treptată a vitezelor undelor cu adâncimea.
Scoarta inferioară (stratul granulit-mafic) se remarcă printr-o viteză mai mare a undei (6,7-7,5 km/s pentru undele P), care se datorează modificării compoziției rocii în timpul tranziției de la mantaua superioară. Conform celui mai acceptat model, compoziția sa corespunde granulitei.
La formarea scoartei continentale iau parte roci de diferite vârste geologice, până la cele mai vechi, de aproximativ 4 miliarde de ani.
crustă oceanică are o grosime relativ mică, în medie 6-7 km. În forma sa cea mai generală, în secțiunea sa se pot distinge două straturi. Stratul superior este sedimentar, caracterizat prin grosime redusă (aproximativ 0,4 km în medie) și viteză redusă a undei P (1,6-2,5 km/s). Stratul inferior - „bazalt” - este compus din roci magmatice de bază (deasupra - bazalt, dedesubt - roci intruzive bazice și ultrabazice). Viteza undelor longitudinale în stratul „bazalt” crește de la 3,4-6,2 km/s în bazalt la 7-7,7 km/s în cele mai joase orizonturi ale scoarței.
Cele mai vechi roci ale scoarței oceanice moderne au aproximativ 160 de milioane de ani.
Manta Este cea mai mare înveliș interioară a Pământului ca volum și masă, delimitată de sus de limita Moho, de jos de limita Gutenberg. În componența sa se disting mantaua superioară și mantaua inferioară, despărțite printr-o limită de 670 km.
Mania superioară este împărțită în două straturi în funcție de caracteristicile geofizice. Strat superior - manta subcrustală- se extinde de la limita Moho la adâncimi de 50-80 km sub oceane și 200-300 km sub continente și se caracterizează printr-o creștere lină a vitezei undelor seismice longitudinale și transversale, care se explică prin compactarea rocilor datorită presiunii litostatice a straturilor supraiacente. Sub mantaua subcrustală până la interfața globală de 410 km există un strat de viteze scăzute. După cum sugerează și numele stratului, vitezele undelor seismice în acesta sunt mai mici decât în mantaua subcrustală. Mai mult, lentilele care nu transmit deloc unde S sunt dezvăluite în unele zone, ceea ce dă motive să se afirme că substanța mantalei din aceste zone este într-o stare parțial topită. Acest strat se numește astenosferă ( din greacă „asthenes” – slab și „sphair” – sferă); termenul a fost introdus în 1914 de către geologul american J. Burrell, denumit adesea în literatura engleză LVZ - Zona de viteză joasă. Prin urmare, astenosferă- acesta este un strat din mantaua superioară (situat la o adâncime de aproximativ 100 km sub oceane și aproximativ 200 km sau mai mult sub continente), identificat pe baza unei scăderi a vitezei de trecere a undelor seismice și având o rezistență și vâscozitate reduse. Suprafața astenosferei este bine stabilită printr-o scădere bruscă a rezistivității (la valori de aproximativ 100 Ohm . m).
Prezența unui strat astenosferic din plastic, care diferă ca proprietăți mecanice de straturile solide de deasupra, oferă motive de izolare. litosferă- învelișul solid al Pământului, inclusiv scoarța terestră și mantaua subcrustală, situată deasupra astenosferei. Grosimea litosferei este de la 50 la 300 km. Trebuie remarcat faptul că litosfera nu este o înveliș de piatră monolitică a planetei, ci este împărțită în plăci separate care se mișcă constant de-a lungul astenosferei plastice. Focarele cutremurelor și vulcanismul modern sunt limitate la limitele plăcilor litosferice.
Mai adânc de 410 km în mantaua superioară, atât undele P, cât și unde S se propagă peste tot, iar viteza lor crește relativ monoton odată cu adâncimea.
LA mantaua inferioară, despărțite de o graniță globală ascuțită de 670 km, viteza undelor P și S crește monoton, fără modificări bruște, până la 13,6, respectiv 7,3 km/s, până la secțiunea Gutenberg.
În miezul exterior, viteza undei P scade brusc la 8 km/s, în timp ce undele S dispar complet. Dispariția undelor transversale sugerează că nucleul exterior al Pământului este în stare lichidă. Sub secțiunea de 5150 km, există un nucleu interior în care viteza undelor P crește, iar undele S încep să se propage din nou, ceea ce indică starea sa solidă.
Concluzia fundamentală a modelului de viteză al Pământului descris mai sus este că planeta noastră constă dintr-o serie de învelișuri concentrice reprezentând un nucleu feruginos, o manta de silicat și o crustă de aluminosilicat.
Caracteristicile geofizice ale Pământului
Distribuția masei între geosferele interioare
Cea mai mare parte a masei Pământului (aproximativ 68%) cade pe mantaua sa relativ ușoară, dar mare, cu aproximativ 50% pe mantaua inferioară și aproximativ 18% pe cea superioară. Restul de 32% din masa totală a Pământului cade în principal pe miez, iar partea sa exterioară lichidă (29% din masa totală a Pământului) este mult mai grea decât partea interioară solidă (aproximativ 2%). Doar mai puțin de 1% din masa totală a planetei rămâne pe scoarță.
Densitate
Densitatea cochiliilor crește în mod natural spre centrul Pământului (vezi fig.). Densitatea medie a scoarței este de 2,67 g/cm 3 ; la granița Moho, crește brusc de la 2,9-3,0 la 3,1-3,5 g/cm3. În manta, densitatea crește treptat datorită comprimării substanței silicate și tranziții de fază(restructurarea structurii cristaline a substanței în cursul „adaptarii” la creșterea presiunii) de la 3,3 g/cm 3 în partea subcrustală la 5,5 g/cm 3 în mantaua inferioară. La limita Gutenberg (2900 km), densitatea aproape se dublează brusc, până la 10 g/cm 3 în miezul exterior. Un alt salt de densitate - de la 11,4 la 13,8 g / cm 3 - are loc la limita nucleului interior și exterior (5150 km). Aceste două salturi ascuțite de densitate au o natură diferită: la limita manta/nucleu, există o schimbare compoziție chimică materie (tranziția de la o manta de silicat la un miez de fier), iar saltul la limita de 5150 km este asociat cu o schimbare a stării de agregare (tranziția de la un miez exterior lichid la un miez interior solid). În centrul Pământului, densitatea materiei ajunge la 14,3 g/cm 3 .
Presiune
Presiunea din interiorul Pământului este calculată pe baza modelului său de densitate. Creșterea presiunii odată cu distanța de la suprafață se datorează mai multor motive:
compresie din cauza greutății cochiliilor de deasupra (presiune litostatică);
tranziții de fază în învelișuri omogene din punct de vedere chimic (în special, în manta);
diferența în compoziția chimică a cochiliilor (crusta și mantaua, mantaua și miezul).
La poalele crustei continentale, presiunea este de aproximativ 1 GPa (mai precis, 0,9 * 10 9 Pa). În mantaua Pământului, presiunea crește treptat, ajungând la 135 GPa la limita Gutenberg. În miezul exterior, gradientul de creștere a presiunii crește, în timp ce în miezul interior, dimpotrivă, scade. Valorile calculate ale presiunii la limita dintre nucleele interior și exterior și în apropierea centrului Pământului sunt de 340, respectiv 360 GPa.
Temperatura. Surse de energie termică
Procesele geologice care au loc la suprafață și în intestinele planetei se datorează în primul rând energiei termice. Sursele de energie sunt împărțite în două grupe: endogene (sau surse interne), asociate cu generarea de căldură în intestinele planetei, și exogene (sau externe în raport cu planeta). Intensitatea fluxului de energie termică de la adâncimi la suprafață se reflectă în mărimea gradientului geotermal. gradient geotermal este creșterea temperaturii cu adâncimea, exprimată în 0 C/km. Caracteristica „inversa” este etapa geotermală- adâncimea în metri, la scufundări la care temperatura va crește cu 1 0 C. valoarea medie gradientul geotermal în partea superioară a scoarței este de 30 0 C/km și variază de la 200 0 C/km în zonele de magmatism activ modern până la 5 0 C/km în zonele cu regim tectonic calm. Odată cu adâncimea, valoarea gradientului geotermal scade semnificativ, ridicându-se la o medie de aproximativ 10 0 С/km în litosferă și mai puțin de 1 0 С/km în manta. Motivul pentru aceasta constă în distribuția surselor de energie termică și natura transferului de căldură.
Surse de energie endogenă sunt următoarele.
1. Energia de diferențiere gravitațională profundă, adică degajare de căldură în timpul redistribuirii materiei în densitate în timpul transformărilor sale chimice și de fază. Principalul factor în astfel de transformări este presiunea. Limita nucleu-manta este considerată ca fiind nivelul principal al acestei eliberări de energie.
2. Căldura radiogenă produs prin dezintegrarea izotopilor radioactivi. Conform unor calcule, această sursă determină aproximativ 25% din fluxul de căldură radiat de Pământ. Cu toate acestea, trebuie luat în considerare faptul că conținuturile ridicate ale principalelor izotopi radioactivi cu viață lungă - uraniu, toriu și potasiu sunt observate numai în partea superioară a crustei continentale (zona de îmbogățire izotopică). De exemplu, concentrația de uraniu în granite ajunge la 3,5 10 -4%, în rocile sedimentare - 3,2 10 -4%, în timp ce în crusta oceanică este neglijabilă: aproximativ 1,66 10 -7%. Astfel, căldura radiogenă este sursă suplimentară căldură în partea superioară a crustei continentale, ceea ce determină valoarea mare a gradientului geotermal în această regiune a planetei.
3. Căldura reziduală, păstrat în adâncuri de la formarea planetei.
4. Maree solide, datorită atracției lunii. Tranziția energiei cinetice de maree în căldură are loc datorită frecării interne în masele de rocă. Ponderea acestei surse în total echilibru termic mic - aproximativ 1-2%.
În litosferă predomină mecanismul conductiv (molecular) al transferului de căldură; în mantaua sublitosferică a Pământului are loc o tranziție la un mecanism predominant convectiv de transfer de căldură.
Calculele temperaturilor din intestinele planetei dau următoarele valori: în litosferă la o adâncime de aproximativ 100 km, temperatura este de aproximativ 1300 0 C, la o adâncime de 410 km - 1500 0 C, la o adâncime de 670 km. - 1800 0C, la limita nucleului și mantalei - 2500 0 C, la adâncimea de 5150 km - 3300 0 C, în centrul Pământului - 3400 0 C. În acest caz, doar principalele (și cele mai probabile pentru zonele adânci) a fost luată în considerare sursa de căldură, energia de diferențiere gravitațională profundă.
Căldura endogenă determină cursul proceselor geodinamice globale. inclusiv mişcarea plăcilor litosferice
Pe suprafața planetei, cel mai important rol îl joacă sursă exogenă căldura este radiația solară. Sub suprafață, efectul căldurii solare este redus brusc. Deja la o adâncime mică (până la 20-30 m) există o zonă de temperaturi constante - o regiune de adâncimi în care temperatura rămâne constantă și este egală cu temperatura medie anuală a regiunii. Sub centura temperaturilor constante, căldura este asociată cu sursele endogene.
Magnetismul pământesc
Pământul este un magnet uriaș cu un câmp de forță magnetică și poli magnetici care sunt aproape geografici, dar nu coincid cu aceștia. Prin urmare, în citirile acului magnetic al busolei, se disting declinația magnetică și înclinarea magnetică.
Declinație magnetică- acesta este unghiul dintre direcția acului magnetic al busolei și meridianul geografic într-un punct dat. Acest unghi va fi cel mai mare la poli (până la 90 0) și cel mai mic la ecuator (7-8 0).
Înclinație magnetică- unghiul format de inclinarea acului magnetic fata de orizont. Când se apropie de polul magnetic, acul busolei va lua o poziție verticală.
Se presupune că apariția camp magnetic datorită sistemelor de curenți electrici care decurg din rotația Pământului, în legătură cu mișcările convective în miezul exterior lichid. Câmpul magnetic total este format din valorile câmpului principal al Pământului și ale câmpului datorat mineralelor feromagnetice din rocile scoarței terestre. Proprietăți magnetice caracteristice mineralelor - feromagneții, precum magnetita (FeFe 2 O 4), hematitul (Fe 2 O 3), ilmenita (FeTiO 2), pirotita (Fe 1-2 S) etc., care sunt minerale și se stabilesc prin magnetice anomalii. Aceste minerale se caracterizează prin fenomenul de magnetizare remanentă, care moștenește orientarea câmpului magnetic al Pământului care exista la momentul formării acestor minerale. Reconstituirea locației polilor magnetici ai Pământului în diferite epoci geologice indică faptul că câmpul magnetic a experimentat periodic inversiune- o schimbare în care polii magnetici sunt inversați. Procesul de schimbare a semnului magnetic al câmpului geomagnetic durează de la câteva sute la câteva mii de ani și începe cu o scădere intensă a intensității câmpului magnetic principal al Pământului la aproape zero, apoi se stabilește polaritatea inversă, iar după o în timp ce urmează o restabilire rapidă a intensităţii, dar de semn opus. Polul Nord a luat locul Polului Sud și, invers, cu o frecvență aproximativă de 5 ori în 1 milion de ani. Orientarea actuală a câmpului magnetic a fost stabilită acum aproximativ 800 de mii de ani.
Pământul face parte din sistemul solar, împreună cu restul planetelor și cu Soarele. Aparține clasei de planete solide din piatră, care se disting prin densitate mare și constau din roci, spre deosebire de giganții gazosi, care sunt mari și de densitate relativ scăzută. În același timp, compoziția planetei determină structura internă a globului.
Principalii parametri ai planetei
Înainte de a afla ce straturi ies în evidență în structura globului, să vorbim despre principalii parametri ai planetei noastre. Pământul este situat la o distanță de Soare, aproximativ egală cu 150 de milioane de km. cel mai apropiat corp ceresc- acesta este un satelit natural al planetei - Luna, care se află la o distanță de 384 mii km. Sistemul Pământ-Lună este considerat unic, deoarece este singurul în care planeta are un satelit atât de mare.
Masa pământului este de 5,98 x 10 27 kg, volumul aproximativ este de 1,083 x 10 27 metri cubi. vezi. Planeta se învârte în jurul Soarelui, precum și în jurul propriei axe și are o înclinare față de plan, ceea ce provoacă schimbarea anotimpurilor. Perioada de revoluție în jurul axei este de aproximativ 24 de ore, în jurul Soarelui - puțin mai mult de 365 de zile.
Misterele structurii interne
Înainte de a fi inventată metoda de studiere a interiorului folosind unde seismice, oamenii de știință puteau face doar presupuneri despre modul în care funcționează Pământul în interior. De-a lungul timpului, au dezvoltat o serie de metode geofizice care au făcut posibilă aflarea unor caracteristici ale structurii planetei. În special, undele seismice, care sunt înregistrate ca urmare a cutremurelor și mișcărilor scoarței terestre, și-au găsit o largă aplicație. În unele cazuri, astfel de unde sunt generate artificial pentru a se familiariza cu situația în profunzime prin natura reflexiilor lor.
Este demn de remarcat faptul că această metodă vă permite să obțineți date indirect, deoarece nu există nicio modalitate de a intra direct în adâncurile intestinelor. Ca urmare, s-a constatat că planeta este formată din mai multe straturi care diferă ca temperatură, compoziție și presiune. Deci, care este structura internă a globului?
Scoarta terestra
Învelișul solid superior al planetei se numește Grosimea sa variază de la 5 la 90 km, în funcție de tip, dintre care există 4. Densitatea medie a acestui strat este de 2,7 g/cm3. Crusta de tip continental are cea mai mare grosime, a cărei grosime ajunge la 90 km sub unele sisteme montane. Ei disting, de asemenea, între situate sub ocean, a căror grosime ajunge la 10 km, de tranziție și riftogenă. Tranziția diferă prin faptul că este situat la granița scoarței continentale și oceanice. Scoarta riftului se găsește acolo unde există creste mijlocii oceanice și se remarcă prin grosimea sa mică, care ajunge la doar 2 km.
Crusta de orice tip este formată din roci de 3 tipuri - sedimentare, granit și bazalt, care diferă ca densitate, compoziție chimică și natura originii.
Limita inferioară a crustei este numită după descoperitorul ei, numit Mohorovic. Separă cortexul de stratul subiacent și se caracterizează printr-o schimbare bruscă starea de fază substante.
Manta
Acest strat urmează crusta solidă și este cel mai mare - volumul său este de aproximativ 83% din volumul total al planetei. Mantaua începe imediat după limita Moho și se extinde până la o adâncime de 2900 km. Acest strat este subdivizat în continuare în mantaua superioară, mijlocie și inferioară. O caracteristică a stratului superior este prezența astenosferei - un strat special în care substanța se află într-o stare de duritate scăzută. Prezența acestui strat vâscos explică mișcarea continentelor. În plus, în timpul erupțiilor vulcanice, substanța lichidă topită revărsată de acestea provine din această zonă specială. Mantaua superioară se termină la o adâncime de aproximativ 900 km, unde începe mantaua mijlocie.
Caracteristicile distinctive ale acestui strat sunt temperaturile și presiunea ridicate, care cresc odată cu creșterea adâncimii. Aceasta determină starea specială a substanței mantalei. În ciuda faptului că rocile au o temperatură ridicată în adâncime, acestea sunt în stare solidă datorită influenței presiunii ridicate.
Procese care au loc în manta
Interiorul planetei are o temperatură foarte ridicată, datorită faptului că procesul de reacție termonucleară are loc continuu în nucleu. Cu toate acestea, condițiile de viață confortabile rămân la suprafață. Acest lucru este posibil datorită prezenței unei mantale, care are proprietăți termoizolante. Astfel, căldura degajată de miez pătrunde în el. Materia încălzită se ridică, răcindu-se treptat, în timp ce materia rece se scufundă din straturile superioare ale mantalei. Acest ciclu se numește convecție, are loc non-stop.
Structura globului: nucleul (extern)
Partea centrală a planetei este nucleul, care începe la o adâncime de aproximativ 2900 km, imediat după manta. În același timp, este împărțit în mod clar în 2 straturi - extern și intern. Grosimea stratului exterior este de 2200 km.
Trăsăturile caracteristice ale stratului exterior al miezului sunt predominanța fierului și a nichelului în compoziție, spre deosebire de compușii de fier și siliciu, din care constă în principal mantaua. Substanța din miezul exterior este în stare lichidă de agregare. Rotația planetei provoacă mișcarea substanței lichide a miezului, datorită căreia se formează un câmp magnetic puternic. Prin urmare, nucleul exterior al planetei poate fi numit generatorul câmpului magnetic al planetei, care deviază tipuri periculoase de radiații cosmice, datorită cărora viața nu a putut apărea.
miez interior
În interiorul carcasei de metal lichid se află un miez interior solid, al cărui diametru ajunge la 2,5 mii km. În prezent, încă nu este studiat cu siguranță și există dispute între oamenii de știință cu privire la procesele care au loc în el. Acest lucru se datorează dificultății de a obține date și posibilității de a utiliza doar metode indirecte de cercetare.
Se știe cu siguranță că temperatura substanței din miezul interior este de cel puțin 6 mii de grade, cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, este în stare solidă. Acest lucru se datorează presiunii foarte ridicate, care nu permite substanței să intre în stare lichidă - în miezul interior, este probabil egală cu 3 milioane atm. În astfel de condiții, poate apărea o stare specială a materiei - metalizarea, când chiar și elemente precum gazele pot dobândi proprietățile metalelor și devin solide și dense.
În ceea ce privește compoziția chimică, există încă dezbateri în comunitatea de cercetare despre ce elemente alcătuiesc nucleul interior. Unii oameni de știință sugerează că principalele componente sunt fierul și nichelul, alții - că printre componente pot fi și sulf, siliciu, oxigen.
Raportul elementelor din diferite straturi
Compoziția terestră este foarte diversă - conține aproape toate elementele sistem periodic, cu toate acestea, conținutul lor în straturi diferite nu este uniform. Deci, cea mai mică densitate, deci constă din cele mai ușoare elemente. Cele mai grele elemente se află în miezul din centrul planetei, la temperatură și presiune ridicată, furnizând procesul de dezintegrare nucleară. Acest raport s-a format într-un anumit timp - imediat după formarea planetei, compoziția sa a fost probabil mai omogenă.
La lecțiile de geografie, studenților li se poate cere să deseneze structura globului. Pentru a face față acestei sarcini, trebuie să respectați o anumită secvență de straturi (este descrisă în articol). Dacă secvența este întreruptă sau dacă unul dintre straturi este ratat, atunci lucrarea va fi efectuată incorect. Puteți vedea și secvența straturilor în fotografia prezentată atenției dumneavoastră în articol.
Pământul aparține planetelor terestre și, spre deosebire de giganții gazos precum Jupiter, are o suprafață solidă. Este cea mai mare dintre cele patru planete terestre din Sistemul Solar, atât ca dimensiune, cât și ca masă. În plus, Pământul dintre aceste patru planete are cea mai mare densitate, gravitație la suprafață și câmp magnetic. Este singura planetă cunoscută cu plăci tectonice active.
Intestinele Pământului sunt împărțite în straturi în funcție de proprietățile chimice și fizice (reologice), dar spre deosebire de alte planete terestre, Pământul are un nucleu exterior și interior pronunțat. strat exterior Pământul este o înveliș dur, format în principal din silicați. Este separată de manta de o graniță cu o creștere bruscă a vitezelor undelor seismice longitudinale - suprafața Mohorovichic. Crusta tare și partea superioară vâscoasă a mantalei formează litosfera. Sub litosferă se află astenosfera, un strat de vâscozitate, duritate și rezistență relativ scăzute în mantaua superioară.
Modificări semnificative în structura cristalină a mantalei au loc la o adâncime de 410-660 km sub suprafață, acoperind zona de tranziție care separă mantaua superioară de cea inferioară. Sub manta se afla un strat lichid format din fier topit cu impuritati de nichel, sulf si siliciu - nucleul Pamantului. Măsurătorile seismice arată că este format din 2 părți: un miez interior solid cu o rază de ~1220 km și un miez exterior lichid cu o rază de ~2250 km.
Forma
Forma Pământului (geoid) este apropiată de un elipsoid oblat. Divergența geoidului față de elipsoid aproximându-l ajunge la 100 de metri.
Rotația Pământului creează o umflătură ecuatorială, astfel încât diametrul ecuatorial este cu 43 km mai mare decât cel polar. Cel mai înalt punct de pe suprafața Pământului este Muntele Everest (8848 m deasupra nivelului mării), iar cel mai adânc este șanțul Marianelor (10.994 m sub nivelul mării). Datorită umflăturii ecuatorului, cele mai îndepărtate puncte de la suprafață de centrul Pământului sunt vârful vulcanului Chimborazo din Ecuador și Muntele Huascaran din Peru.
Compoziție chimică
Masa Pământului este aproximativ egală cu 5,9736 1024 kg. Numărul total de atomi care alcătuiesc Pământul este ≈ 1,3-1,4 1050. Se compune în principal din fier (32,1%), oxigen (30,1%), siliciu (15,1%), magneziu (13,9%), sulf (2,9%), nichel (1,8%), calciu (1,5%) și aluminiu (1,4%). ); elementele rămase reprezintă 1,2%. Datorită segregării în masă, se crede că regiunea centrală este compusă din fier (88,8%), cantități mici de nichel (5,8%), sulf (4,5%) și aproximativ 1% alte elemente. Este de remarcat faptul că carbonul, care este baza vieții, este doar 0,1% în scoarța terestră.
Geochimistul Frank Clark a calculat că scoarța terestră conține puțin peste 47% oxigen. Cele mai comune minerale care formează roci din scoarța terestră sunt aproape în întregime oxizi; conținutul total de clor, sulf și fluor din roci este de obicei mai mic de 1%. Principalii oxizi sunt silice (SiO 2), alumină (Al 2 O 3), oxid de fier (FeO), oxid de calciu (CaO), oxid de magneziu (MgO), oxid de potasiu (K 2 O) și oxid de sodiu (Na 2 O). ). Silica servește în principal ca mediu acid și formează silicați; natura tuturor rocilor vulcanice majore este asociată cu aceasta.
Structura interna
Pământul, ca și alte planete terestre, are o structură internă stratificată. Este format din cochilii solide de silicat (crusta, mantaua extrem de vascoasa) si un miez metalic. Partea exterioară a miezului este lichidă (mult mai puțin vâscoasă decât mantaua), în timp ce partea interioară este solidă.
căldură interioară
Căldura internă a planetei este furnizată de o combinație de căldură reziduală rămasă din acumularea de materie care a avut loc pe stadiul inițial formarea Pământului (aproximativ 20%) și dezintegrarea radioactivă a izotopilor instabili: potasiu-40, uraniu-238, uraniu-235 și toriu-232. Trei dintre acești izotopi au un timp de înjumătățire de peste un miliard de ani. În centrul planetei, temperaturile pot crește până la 6.000 °C (10.830 °F) (mai mult decât la suprafața Soarelui), iar presiunile pot ajunge la 360 GPa (3,6 milioane atm). O parte din energia termică a miezului este transferată crustei terestre prin penaj. Penele dau naștere unor puncte fierbinți și capcane. Întrucât cea mai mare parte a căldurii produse de Pământ este furnizată de descompunerea radioactivă, la începutul istoriei Pământului, când rezervele de izotopi de scurtă durată nu erau încă epuizate, eliberarea de energie a planetei noastre a fost mult mai mare decât acum.
Cea mai mare parte a energiei este pierdută de Pământ prin tectonica plăcilor, ridicarea materialului mantalei către crestele oceanice. Ultimul tip principal de pierdere de căldură este pierderea de căldură prin litosferă, iar cea mai mare parte a pierderilor de căldură în acest fel are loc în ocean, deoarece scoarța terestră este mult mai subțire decât sub continente.
Litosferă
Atmosfera
Atmosferă (din altă greacă ?τμ?ς - abur și σφα?ρα - bilă) - o înveliș gazos care înconjoară planeta Pământ; Este compus din azot și oxigen, cu urme de vapori de apă, dioxid de carbon și alte gaze. De la formarea sa, s-a schimbat semnificativ sub influența biosferei. Apariția fotosintezei oxigenate în urmă cu 2,4-2,5 miliarde de ani a contribuit la dezvoltarea organismelor aerobe, precum și la saturarea atmosferei cu oxigen și la formarea stratului de ozon, care protejează toate viețuitoarele de razele ultraviolete dăunătoare.
Atmosfera determină vremea de pe suprafața Pământului, protejează planeta de razele cosmice și, parțial, de bombardamentele cu meteoriți. De asemenea, reglează principalele procese de formare a climei: ciclul apei în natură, circulația maselor de aer și transferul de căldură. Moleculele de gaz atmosferice pot capta energia termică, împiedicând-o să scape în interior spațiul cosmic ridicând astfel temperatura planetei. Acest fenomen este cunoscut sub numele de efect de seră. Principalele gaze cu efect de seră sunt considerate a fi vaporii de apă, dioxidul de carbon, metanul și ozonul. Fără acest efect de izolare termică, temperatura medie a suprafeței Pământului ar fi cuprinsă între -18 și -23°C (în timp ce de fapt este de 14,8°C), iar viața cel mai probabil nu ar exista.
Partea inferioară a atmosferei conține aproximativ 80% din masa sa totală și 99% din toți vaporii de apă (1,3-1,5 1013 tone), acest strat este numit troposfera. Grosimea sa variază și depinde de tipul de climă și de factorii sezonieri: de exemplu, în regiunile polare este de aproximativ 8-10 km, în zona temperată până la 10-12 km, iar în regiunile tropicale sau ecuatoriale ajunge la 16- 18 km. În acest strat al atmosferei, temperatura scade în medie cu 6 ° C pentru fiecare kilometru pe măsură ce vă deplasați în sus. Deasupra se află stratul de tranziție, tropopauza, care separă troposfera de stratosferă. Temperatura aici este în intervalul 190-220 K.
Stratosferă- un strat al atmosferei, care se află la o altitudine de 10-12 până la 55 km (în funcție de condițiile meteorologice și anotimpuri). Reprezintă nu mai mult de 20% din masa totală a atmosferei. Acest strat se caracterizează printr-o scădere a temperaturii până la o înălțime de ~25 km, urmată de o creștere la limita cu mezosfera până la aproape 0 °C. Această limită se numește stratopauză și este situată la o altitudine de 47-52 km. Stratosfera conține cea mai mare concentrație de ozon din atmosferă, care protejează toate organismele vii de pe Pământ de radiațiile ultraviolete dăunătoare de la Soare. Absorbție intensivă a radiației solare strat de ozonși provoacă o creștere rapidă a temperaturii în acea parte a atmosferei.
Mezosfera situat la o altitudine de 50 până la 80 km deasupra suprafeței Pământului, între stratosferă și termosferă. Este separat de aceste straturi prin mezopauza (80-90 km). Acesta este cel mai rece loc de pe Pământ, temperatura aici scade la -100 °C. La această temperatură, apa din aer îngheață rapid, formând uneori nori noctilucenți. Ele pot fi observate imediat după apus, dar cea mai bună vizibilitate este creată atunci când este de la 4 la 16 ° sub orizont. Majoritatea meteoriților care intră în atmosfera pământului ard în mezosferă. De la suprafața Pământului, ele sunt observate ca stele căzătoare. La o altitudine de 100 km deasupra nivelului mării, există o graniță condiționată între atmosfera pământului și spațiu - Linia Karman.
LA termosferă temperatura crește rapid la 1000 K, acest lucru se datorează absorbției radiației solare cu unde scurte în ea. Acesta este cel mai lung strat al atmosferei (80-1000 km). La o altitudine de aproximativ 800 km, creșterea temperaturii se oprește, deoarece aerul de aici este foarte rarefiat și absoarbe slab radiația solară.
ionosferă include ultimele două straturi. Moleculele sunt ionizate aici sub acțiunea vântului solar și apar aurore.
Exosfera- partea exterioară și foarte rarefiată a atmosferei terestre. În acest strat, particulele sunt capabile să depășească a doua viteză cosmică a Pământului și să scape în spațiul cosmic. Acest lucru determină un proces lent, dar constant, numit disipare (împrăștiere) a atmosferei. Este vorba în principal de particule de gaze ușoare care scapă în spațiu: hidrogen și heliu. Moleculele de hidrogen, care au cea mai mică greutate moleculară, pot atinge mai ușor viteza de evacuare și pot scăpa în spațiu cu o viteză mai rapidă decât alte gaze. Se crede că pierderea agenților reducători, cum ar fi hidrogenul, a fost conditie necesara pentru posibilitatea acumulării durabile a oxigenului în atmosferă. Prin urmare, capacitatea hidrogenului de a părăsi atmosfera Pământului poate să fi influențat dezvoltarea vieții pe planetă. În prezent, cea mai mare parte a hidrogenului care intră în atmosferă este transformată în apă fără a părăsi Pământul, iar pierderea hidrogenului se produce în principal din distrugerea metanului din atmosfera superioară.
Compoziția chimică a atmosferei
La suprafața Pământului, aerul uscat conține aproximativ 78,08% azot (în volum), 20,95% oxigen, 0,93% argon și aproximativ 0,03% dioxid de carbon. Concentrația volumică a componentelor depinde de umiditatea aerului - conținutul de vapori de apă din acesta, care variază de la 0,1 la 1,5% în funcție de climă, anotimp, teren. De exemplu, la 20°C și 60% umiditate relativă (umiditatea medie a aerului din încăpere vara), concentrația de oxigen din aer este de 20,64%. Componentele rămase nu reprezintă mai mult de 0,1%: acestea sunt hidrogen, metan, monoxid de carbon, oxizi de sulf și oxizi de azot și alte gaze inerte, cu excepția argonului.
De asemenea, în aer există întotdeauna particule solide (praf - acestea sunt particule de materiale organice, cenușă, funingine, polen etc., la temperaturi scăzute - cristale de gheață) și picături de apă (nori, ceață) - aerosoli. Concentrația de particule scade cu altitudinea. În funcție de sezon, climă și teren, concentrația particulelor de aerosoli în compoziția atmosferei variază. Peste 200 km, componenta principală a atmosferei este azotul. La altitudini de peste 600 km predomină heliul, iar de la 2000 km hidrogenul („hidrogen corona”).
Biosferă
Biosfera (din altă greacă βιος - viață și σφα?ρα - sferă, minge) este un ansamblu de părți ale învelișurilor pământului (lito-, hidro- și atmosfera), care este locuit de organismele vii, se află sub influența acestora și este ocupate de produsele activităţii lor vitale . Biosfera este învelișul Pământului locuit de organisme vii și transformat de acestea. A început să se formeze nu mai devreme de 3,8 miliarde de ani în urmă, când primele organisme au început să apară pe planeta noastră. Include întreaga hidrosferă, partea superioară a litosferei și partea inferioară a atmosferei, adică locuiește în ecosferă. Biosfera este totalitatea tuturor organismelor vii. Acesta găzduiește câteva milioane de specii de plante, animale, ciuperci și microorganisme.
Biosfera este formată din ecosisteme, care includ comunități de organisme vii (biocenoză), habitatele acestora (biotop), sisteme de conexiuni care fac schimb de materie și energie între ele. Pe uscat, acestea sunt separate în principal prin latitudine geografică, altitudine și diferențe de precipitații. Ecosistemele terestre situate în Arctica sau Antarctica, la altitudini mari sau în zone extrem de uscate, sunt relativ sărace în plante și animale; diversitatea speciilor atinge vârfuri în pădurile tropicale ecuatoriale.
Câmpul magnetic al Pământului
Câmpul magnetic al Pământului în prima aproximare este un dipol, ai cărui poli sunt localizați în apropierea polilor geografici ai planetei. Câmpul formează o magnetosferă care deviază particulele vântului solar. Ele se acumulează în centuri de radiații - două regiuni concentrice în formă de tor în jurul Pământului. În apropierea polilor magnetici, aceste particule pot „cădea” în atmosferă și pot duce la apariția aurorelor.
Conform teoriei „dinamului magnetic”, câmpul este generat în regiunea centrală a Pământului, unde căldura creează fluxul de curent electric în miezul de metal lichid. Aceasta, la rândul său, creează un câmp magnetic în jurul Pământului. Mișcările de convecție în miez sunt haotice; polii magnetici derivă și își schimbă periodic polaritatea. Acest lucru determină inversări ale câmpului magnetic al Pământului, care apar, în medie, de câteva ori la fiecare câteva milioane de ani. Ultima inversare a avut loc acum aproximativ 700.000 de ani.
Magnetosfera- o regiune a spațiului din jurul Pământului, care se formează atunci când fluxul de particule încărcate ale vântului solar se abate de la traiectoria sa originală sub influența unui câmp magnetic. Pe partea orientată spre Soare, arcul său de șoc are o grosime de aproximativ 17 km și este situat la o distanță de aproximativ 90.000 km de Pământ. Pe partea de noapte a planetei, magnetosfera se întinde într-o formă cilindrică lungă.
Când particulele încărcate cu energie înaltă se ciocnesc cu magnetosfera Pământului, apar curele de radiații (centurile Van Allen). Aurorele apar atunci când plasma solară ajunge în atmosfera Pământului în apropierea polilor magnetici.
