Строение Земли
Земля имеет приближенную форму шара (экваториальный диаметр — 12 754 км, а полярный — около 12 711 км[1]) и состоит из нескольких оболочек, выделенных по химическим или реологическим свойствам. В центре расположено внутреннее ядро с радиусом около 1250 км, которое в основном состоит из железа и никеля. Далее идёт внешнее ядро (состоящее в основном из железа) с толщиной около 2200 км. Над ним лежат 2900 км вязкой мантии, состоящей из силикатов и оксидов, а ещё выше — довольно тонкая твёрдая кора. Она тоже состоит из силикатов и оксидов, но обогащена элементами, которые не встречаются в мантийных породах. Представления о внутреннем строении Земли основываются на топографических, батиметрических и гравиметрических данных, наблюдениях горных пород в обнажениях, образцах, поднятых на поверхность с больших глубин в результате вулканической активности, анализе сейсмических волн, которые проходят сквозь Землю, и экспериментах с кристаллическими твёрдыми телами при давлениях и температурах, характерных для глубоких недр Земли.
Предположения
Сила гравитации Земли может быть использована для расчета её массы, а также оценки объёма планеты и её средней плотности. Астрономы также могут рассчитать массу Земли по её орбите и влиянию на близлежащие планетарные тела. Исследования твёрдой части Земли, водоёмов и атмосферы позволяют оценить массу, объём и плотность горных пород на определённой глубине, так что остальная масса должна находиться в более глубоких слоях.
Строение
Недра Земли можно делить на слои по их механическим (в частности реологическим) или химическим свойствам. По механическим свойствам выделяют литосферу, астеносферу, верхнюю мезосферу, нижнюю мезосферу, внешнее ядро и внутреннее ядро. По химическим свойствам Землю можно разделить на земную кору, верхнюю мантию, нижнюю мантию, внешнее ядро и внутреннее ядро.
1 — континентальная кора;
2 — океаническая кора;
3 — верхняя мантия;
4 — нижняя мантия;
5 — внешнее ядро;
6 — внутреннее ядро;
А — поверхность Мохоровичича;
B — граница Гутенберга;
C — разрыв Леманн-Буллен
Геологические слои Земли находятся на следующих глубинах под поверхностью[2][нет в источнике]:
| Глубина | Слой | |
|---|---|---|
| Километры | Мили | |
| 0—60 | 0—37 | Литосфера (глубина разнится от 5 до 200 км) |
| 0—35 | 0—22 | Кора (глубина разнится от 5 до 70 км) |
| 35—60 | 22—37 | Верхняя часть мантии |
| 35—2890 | 22—1790 | Мантия |
| 100—200 | 62—125 | Астеносфера |
| 35—660 | 22—410 | Верхняя мезосфера (верхняя мантия) |
| 660—2890 | 410—1790 | Нижняя мезосфера (нижняя мантия) |
| 2890—5150 | 1790—3160 | Внешнее ядро |
| 5150—6371 | 3160—3954 | Внутреннее ядро |
Слои Земли были определены косвенно с помощью измерения времени распространения преломлённых и отражённых сейсмических волн, созданных землетрясениями. Ядро не пропускает поперечные волны, а скорость распространения волн отличается в разных слоях. Изменения в скорости сейсмических волн между различными слоями вызывает их преломление благодаря закону Снелла.
Ядро
Средняя плотность Земли 5515 кг/м3. Поскольку средняя плотность вещества поверхности составляет всего лишь около 3000 кг/м3, мы должны заключить, что плотные вещества существуют в ядре Земли. Ещё одно доказательство высокой плотности ядра основано на сейсмологических данных. Следует учитывать и уплотнение вещества давлением. Имеются данные лабораторных исследований с выводом об изменениях плотности веществ более плотной упаковкой атомов, например, железо уже при 1 млн атмосфер уплотняется примерно на 30%. "...Плотность верхней мантии начиная от значения 3,2 г/см3 на поверхности постепенно возрастает с глубиной вследствие сжатия её вещества... В нижней мантии существенных перестроек в кристаллическом строении вещества больше не происходит, поскольку все окислы в этой геосфере уже находятся в состоянии предельно плотной упаковки атомов и сжатие мантийного вещества происходит только благодаря сжатию самих атомов."[3]
Сейсмические измерения показывают, что ядро делится на две части — твёрдое внутреннее ядро радиусом ~1220 км и жидкое внешнее ядро радиусом ~3400 км[4].
Мантия
Мантия Земли простирается до глубины 2890 км, что делает её самым толстым слоем Земли. Давление в нижней мантии составляет около 140 ГПа (1,4·106 атм). Мантия состоит из силикатных пород, богатых железом и магнием по отношению к вышележащей коре. Высокие температуры в мантии делают силикатный материал достаточно пластичным, чтобы могла существовать конвекция вещества в мантии, выходящего на поверхность через разломы в тектонических плитах. Плавление и вязкость вещества зависят от давления и химических изменений в мантии. Вязкость мантии разнится от 1021 до 1024 Па·с в зависимости от глубины[5]. Для сравнения, вязкость воды составляет около 10−3 Па·с, а песка — 107 Па·с.
Кора
Толщина земной коры разнится от 5 до 70 км в глубину от поверхности. Самые тонкие части океанической коры, которые лежат в основе океанических бассейнов (5—10 км), состоят из плотной (мафической) железо-магниевой силикатной породы, такой как базальт.
Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами — она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы.
Историческое развитие альтернативных концепций
В 1692 году Эдмунд Галлей (в статье, напечатанной в Философских трудах Королевского общества в Лондоне), выдвинул идею о Земле, состоящей из полого корпуса около 500 миль толщиной, с двумя внутренними концентрическими оболочками вокруг внутреннего ядра, соответствующего диаметрам планет Венеры, Марса и Меркурия соответственно[6]. Научные данные, независимо полученные геофизикой, геодезией, астрономией и химией, ещё в XIX веке (а частично — в XVIII веке) полностью опровергли гипотезу полой Земли.
См. также
Примечания
Литература
- Джеффрис Г. Земля, её происхождение, история и строение, пер. с англ.. — М., 1960.
- Магницкий В. А. Внутреннее строение и физика Земли. — М., 1965.
- Ботт М. Внутреннее строение Земли, пер. с англ.. — М., 1974.
- Булен К. Плотность Земли, пер. с англ.. — М.,, 1978.
- Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. — 2 изд.. — М., 1983..
- Огаджанов В.А. Дилатационная модель Земли и геотектоника. Вестник Воронежского. гос. ун-та. сер. Геология. 2001. №11
- Kruglinski, Susan. Journey to the Center of the Earth. Discover, June 2007.
- Lehmann, I. (1936) Inner Earth, Bur. Cent. Seismol. Int. 14, 3-31
- Schneider, David (October 1996) A Spinning Crystal Ball, Scientific American
- Wegener, Alfred (1915) «The Origin of Continents and Oceans»