Состав, толщина и строение мантии земли

Температура мантии Земли

Измерить точную температуру мантии невозможно, поэтому учёные в лабораторных условиях создали похожую среду с помощью аналога самого распространённого материала мантии. Затем его подвергли высокому давлению и температуре. Этот эксперимент постоянно корректировали из-за неправильного содержания воды в синтетическом оливине, который использовали в качестве аналога породы мантии. В конечном итоге всё-таки удалось довести эксперимент до конца и добиться достоверных результатов.

Температура мантии оказалась на 60°C выше, чем изначально считалось. Благодаря экспериментам с плавлением пород удалось достичь отметки 1410°C. Но ученые считают, чем ближе к ядру Земли, тем температура мантии выше и может достигать 4000°C. А возле земной коры ближе к поверхности Земли температура мантии составляет около 900°C.

Деятельность в мантии

Верхнюю часть мантии медленно перемешивают движения плит, проходящих над ней. Это вызвано двумя видами деятельности. Во-первых, происходит движение подвижных плит вниз, которые скользят друг под другом. Во-вторых, происходит восходящее движение мантийной породы, когда две тектонические плиты расходятся и раздвигаются. Тем не менее, все эти действие не полностью смешивает верхний слой мантии, и геохимики считают верхнюю мантию каменной версией мраморного пирога.

Мировые модели вулканизма отражают действие тектоники плит, за исключением нескольких областей планеты, называемых горячими точками. Горячие точки могут служить ключом к подъему и опусканию материалов гораздо глубже в мантии, возможно, с самого ее основания. В наши дни идет энергичная научная дискуссия о горячих точках планеты.

Строение

Строение мантии ученые могут только предполагать, так как методов, которые бы однозначно дали ответ на данный вопрос, пока что не существует. Но, проведенные исследования дали возможность предположить, что данный участок нашей планеты состоит из таких слоев:

• первый, наружный – он занимает от 30 до 400 километров земной поверхности;
• переходная зона, которая расположена сразу за наружным слоем – по предположениям ученых она уходит вглубь примерно на 250 километров;
• нижний слой – его протяжность самая большая, около 2900 километров. Он начинается сразу после переходной зоны и идет прямо к ядру.

Следует отметить, что в мантии планеты есть такие горные породы, которых нет в земной коре.

Доказательства по составу

Основные физические данные — масса, форма Земли, средняя плотность, момент количества движения — показывают, что по направлению вглубь планеты увеличивается количество материала, масса которого весьма отличается от массы верхних слоев горных пород. Это должна быть материя, которая значительно тяжелее, чем та, которая встречается на поверхности. Даже породы, из которых состоит верхняя мантия, не обладают такой высокой плотностью, какая соответствовала бы физическим свойствам требуемым средней плотностью всего земного шара. Конечно,  состав и строение Солнца как звезды очевидно совсем другое.

Поэтому предположение о наличии тяжелого центра нашей планеты является, с физической точки зрения, в сущности, единственным решением. Возможно есть вырожденное вещество со свободными электронами.  И с космохимической точки зрения, при сравнении количества элементов в метеоритах и состава звезд следует, что Земля должна иметь внутри гораздо больше тяжелых элементов, чем находится на ее поверхности: например, больше железа, чем встречается в верхних горных породах и в породах верхней мантии. Но где-то на планете оно должно быть.

Таким образом железо является самым подходящим кандидатом: оно обладает высокой плотностью, и в Космосе и на Земле его достаточно много.

Доказательство о наличии ядра Земли исходит от сейсмологии, из изучения распространения сейсмических волн при прохождении через планету.

Доказательство было получено в начале 20 века. Граница между мантией и внешним ядром лежит на глубине 2900 км. Ее называют разделом Вайхерта-Гуттенберга. Она значительно выразительнее, чем граница между земной корой и мантией (раздел Мохоровичича). Здесь происходит сильное изгибание и отклонение сейсмических волн. А волны одного типа, так называемые S-волны, через эту границу даже не проникают.

Именно это и является доказательством, что внешняя часть ядра Земли находится в жидком состоянии, поскольку S- волны в жидкости не распространяются.

Определение понятия

Экватором называют условную линию, которая проходит ровно по центру нашей планеты. Географическая широта экватора 0 градусов. Он служит точкой отсчета и дает возможность ученым проводить различные расчеты, о которых речь пойдет ниже. Экватор делит земной шар на две абсолютно равные части.

Важно! На территориях, по которым проходит экватор, ночь всегда равна дню, без отклонения даже на долю секунды. Экваториальная зона получает наибольшее количество ультрафиолетовых лучей

Следовательно, чем дальше находится точка от условной линии, тем меньше тепла и света к ней поступает. Именно поэтому в районе условной линии зарегистрированы самые высокие температурные показатели

Экваториальная зона получает наибольшее количество ультрафиолетовых лучей. Следовательно, чем дальше находится точка от условной линии, тем меньше тепла и света к ней поступает. Именно поэтому в районе условной линии зарегистрированы самые высокие температурные показатели.

Рельеф дна океанов

Поверхность Земли люди изучали с давних времен, а вот проникнуть в глубины океана не представлялось возможным. Поэтому до второй половины 20 века рельеф дна Мирового океана не был изучен. С постройкой специальных судов и аппаратуры люди стали пополнять свои знания о Мировом океане и рельефе его дна. В результате исследований ученые пришли к выводу, что рельеф суши и дна океана во многом похожи.

В рельефе дна океана можно выделить три основные формы: срединно-океанические хребты, ложе и переходные зоны.

1. Срединно-океанические хребты считаются горными цепями, находящимися в толще воды, и располагаются посередине океана. Отсюда и название. Образуются срединно-океанические хребты в зоне раздвигания литосферных плит. В данном месте по разломам происходит излияние лавы, при ее застывании создаются срединно-океанические хребты океанов.

1. Ложе океана очень большое, занимает значительную часть Мирового океана. Как и на суше здесь выделяются глубоководные равнины. Сверху они покрыты слоем ила, однако, он очень тонкий. На ложе океана находятся подводные хребты, между которыми расположены равнины. Представляют они собой потухшие либо действующие вулканы, которые тянутся на многие километры. Бывает, что вершина вулкана возвышается над водой и представляет собой остров. Такие формы рельефа характерны для ложа Тихого океана.

1. Между сушей и океаном имеются переходные зоны. Познакомимся на картинке.

Континентальным шельфом считается затопленная область суши примерно 200 м. Материковый склон представляет собой высокую ступень между отмелью и ложем. Глубина обрыва материкового склона составляет более 2900 м. Тихий океан не имеет такой переходной зоны.

Глубоководные желоба океана внешне похожи на длинные узкие впадины. Формируются в области разломов, возникающих при соударении литосферных плит.

Таким образом, можно сделать вывод, что рельеф суши и дна Мирового океана очень разнообразны и характеризуются общими чертами строения.

Горные породы по группам

1. Магматические. Название говорит само за себя. Они возникают из остывшей магмы, вытекающей из жерла древних вулканов. Строение этих пород напрямую зависит от скорости застывания лавы. Чем она больше, тем меньше кристаллы вещества. Гранит, например, сформировался в толще земной коры, а базальт появился в результате постепенного излияния магмы на ее поверхность. Многообразие таких пород довольно велико. Рассматривая строение земной коры, мы видим, что она состоит из магматических минералов на 60 %.

2. Осадочные. Это породы, которые стали результатом постепенного отложения на суше и дне океана обломков тех или иных минералов. Это могут быть как рыхлые компоненты (песок, галька), сцементированные (песчаник), остатки микроорганизмов (каменный уголь, известняк), продукты химических реакций (калийная соль). Они составляют до 75 % всей земной коры на материках.По физиологическому способу образования осадочные породы делятся на:

• Обломочные. Это остатки различных горных пород. Они разрушались под воздействием природных факторов (землетрясение, тайфун, цунами). К ним можно отнести песок, гальку, гравий, щебень, глину.
• Химические. Они постепенно образуются из водных растворов тех или иных минеральных веществ (соли).
• Органические или биогенные. Состоят из останков животных или растений. Это горючие сланцы, газ, нефть, уголь, известняк, фосфориты, мел.

3. Метаморфические породы. В них могут превращаться другие компоненты. Это происходит под воздействием изменяющейся температуры, большого давления, растворов или газов. Например, из известняка можно получить мрамор, из гранита — гнейс, из песка — кварцит.

Минералы и горные породы, которые человечество активно использует в своей жизнедеятельности, называются полезными ископаемыми. Что они собой представляют?

Это природные минеральные образования, которые влияют на строение земли и земной коры. Они могут использоваться в сельском хозяйстве и промышленности как в естественном виде, так и подвергаясь переработке.

Плотность

Впервые плотность Земли была выявлена И. Ньютоном в 1736 году. Он доказал, что этот показатель находится в пределах от 5 до 6 г/см3. Последующие измерения позволили выявить более точные данные, которые получили название средней плотности планеты Земля. Эта величина превышает плотность верхних горизонтов земной коры, которая на основе многочисленных измерений выходит на поверхность горных пород и может быть определена более точно.

Вычислить плотность поверхности Земли ученым еще как-то удалось, а вот решить, каким будет это значение на глубине свыше 16 километров, невозможно. Для определения этих показателей учитывается скорость сейсмических волн, сила тяжести и ряд других параметров.

Глубина и изменение температуры земной коры

Поверхностный слой прогревается солнечным теплом. Это гелиометрическая оболочка. Она испытывает сезонные колебания температуры. Средняя мощность слоя составляет около 30 м.

Ниже находится слой, еще более тонкий и хрупкий. Его температура постоянна и приблизительно равна среднегодовой, характерной для этой области планеты. В зависимости от континентального климата глубина этого слоя увеличивается.Еще глубже в земной коре находится еще один уровень. Это геотермический слой. Строение земной коры предусматривает его наличие, а его температура определяется внутренним теплом Земли и возрастает с глубиной.

Повышение температуры происходит за счет распада радиоактивных веществ, которые входят в состав горных пород. В первую очередь это радий и уран.

Геометрический градиент — величина нарастания температуры в зависимости от степени увеличения глубины слоев. Этот параметр зависит от разных факторов. Строение и типы земной коры влияют на него, так же как и состав горных пород, уровень и условия их залегания.

Тепло земной коры является важным энергетическим источником. Его изучение очень актуально на сегодняшний день.

Как измерить длину окружности Земли

Чтобы измерить окружность земли по экватору, существуют специальные приборы и космические спутники. Но, применяя знания по геометрии, получают данные без сложных инструментов. Впервые такую работу выполнил ученый Древней Греции Эратосфен.

Согласно преданиям, путешественники сообщили ему, что в день летнего солнцестояния они наблюдали, как освещалось дно самых глубоких колодцев, а предметы не отбрасывали тени. Солнце стояло в зените. Это происходило в 500 милях южнее Александрии, в Сиене. Астроном знал, что в родном городе предметы отбрасывают тень, а солнце не заглядывает на дно глубоких колодцев.

Угол 7° — это приблизительно ⅟50 часть замкнутой окружности, которая всегда имеет 360°. Астроном продолжил вычисления дальше. Он умножил расстояние до Сиены на 50. Получилась длина окружности Земли — 25000 миль. Современные исследования показали, что ученый не сильно ошибался: экваториальная окружность планеты равна 24894 мили или 40075 км.

Погрешность Эратосфена объясняется не примитивностью расчетов, которыми он пользовался. Этот способ точный, применяется и сегодня, только с более совершенными инструментами. Ученый не знал точного расстояния между городами. Оно в те времена измерялось количеством дней, проведенных караваном в пути.

Вторая причина неточности — Александрия и Сиена расположены на разных меридианах. Сегодня рассчитывают окружность между объектами, которые находятся на одном меридиане.

Измерение окружности Земли по Эратосфену. Credit: kipmu.ru.

Состав и строение земной коры

Для того чтобы говорить о том, какие элементы входят в состав литосферы, нужно дать некоторые понятия.

Земная кора — это самая внешняя оболочка литосферы. Ее плотность меньше в два раза по сравнению со средней плотностью планеты.

От мантии земная кора отделена границей М, о которой уже говорилось выше. Так как процессы, происходящие на обоих участках, взаимно влияют друг на друга, их симбиоз принято называть литосферой. Это означает «каменная оболочка». Ее мощность колеблется в пределах 50-200 километров.

Ниже литосферы расположена астеносфера, которая обладает менее плотной и вязкой консистенцией. Ее температура составляет около 1200 градусов. Уникальной особенностью астеносферы является возможность нарушать свои границы и проникать в литосферу. Она является источником вулканизма. Здесь находятся расплавленные очаги магмы, которая внедряется в земную кору и изливается на поверхность. Изучая эти процессы, ученые смогли сделать много удивительных открытий. Именно так изучалось строение земной коры. Литосфера была сформирована много тысяч лет назад, но и сейчас в ней происходят активные процессы.

Рельеф и его основные формы

Внимательно присмотревшись к земной поверхности можно увидеть, что она неодинаковая. Одни участки ровные, другие возвышенные. Можно наблюдать чередование таких участков. Современным рельефом Земли считаются все неровности поверхности.

Любая неровность поверхности Земли получила название форма рельефа. Основными формами рельефа считаются материки и океанические впадины, горы и равнины. Различают выпуклые формы рельефа поверхности Земли, к которым относят горы, хребты, возвышенности, холмы. Примерами вогнутых форм могут считаться низменности, межгорные котловины, овраги и т.д.

Рельеф сформировался вследствие действия различных факторов. Процессы, формирующие рельеф Земли могут быть внутренними и внешними. Такие формы рельефа как горы и равнины, возникают в результате действия внутренних сил. Небольшие части рельефа Земли возникают благодаря внешним силам, примерами которых считаются речные долины, холмы, овраги.

Познакомимся с одними из форм рельефа – равнинами. Считается, что это значительные области поверхности с малыми колебаниями высот и незначительными уклонами. По абсолютной высоте равнины разные, познакомимся подробнее на рисунке.

К низменным равнинам относят Амазонскую, Прикаспийскую, Западно-Сибирскую и другие. Возвышенностями рельефа считаются Среднерусская равнина, Валдайская, Приволжская. Из плоскогорий значительными по размерам считаются Среднесибирское, Аравийское и Декан. Интересен рельеф обширной Восточно-Европейской равнины – здесь чередуются возвышенные и низменные участки.

Рельеф равнин может различаться по внешнему облику. Так встречаются плоские, волнистые, холмистые, ступенчатые равнины. Различный облик равнин зависит от происхождения и строения.

Другой значительной частью рельефа считаются горы. К ним относят приподнятые высоко над окружающей местностью области поверхности Земли. Одиночные горы практически не встречаются, в основном они представляют собой горные страны. Познакомимся с их строением.

Все составляющие частив горах считаются формами рельефа.

Горы могут быть разные по высоте

Тогда обратим внимание, что горам с неодинаковой высотой свойственен различный внешний вид

Горы формируются при влиянии внутренних сил, но как только они поднимаются, сразу начинаются процессы их разрушения. Под воздействием внешних процессов склоны становятся более сглаженными, вершины округлыми. В результате таких процессов формировался рельеф Уральских гор.

Планета в разрезе

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:

1. Земная кора.
2. Мантия.
3. Ядро.

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.

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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:

1. Часть литосферы* — холодная, твердая прослойка планеты. Она входит в состав тектонических плит и плавает поверх астеносферы. Не является слоем мантии как таковым.
2. 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.
3. 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:

1. 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.
2. 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.

Носителями сейсмологической информации выступают сейсмические волны.

Сейсмические исследования дают представление о слоистой структуре Земли. Определяют физические свойства и динамику недр нашей планеты и других.

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.

Функции земной коры

К основным функциям земной коры принято относить:

• ресурсную;
• геофизическую;
• геохимическую.

Первая из них обозначает наличие ресурсного потенциала Земли. Он представляет собой в первую очередь совокупность запасов полезных ископаемых, находящихся в литосфере. Кроме того, ресурсная функция включает в себя ряд факторов среды обитания, обеспечивающих жизнь человека и других биологических объектов. Одним из них является тенденция образования дефицита твердой поверхности.

так делать нельзя. спасем нашу Землю фото

Тепловые, шумовые и радиационные эффекты реализуют геофизическую функцию. Например, возникает проблема естественного радиационного фона, который на земной поверхности в основном безопасен. Однако в таких странах как Бразилия и Индия он в сотни раз может превышать допустимый. Считается, что его источником является радон и продукты его распада, а также некоторые виды человеческой деятельности.

Геохимическая функция связана с проблемами химического загрязнения, вредного для человека и других представителей животного мира. В литосферу попадают различные вещества, обладающие токсическими, канцерогенными и мутагенными свойствами.

Они безопасны, когда находятся в недрах планеты. Извлеченные из них цинк, свинец, ртуть, кадмий и другие тяжелые металлы могут представлять большую опасность. В переработанном твердом, жидком и газообразном виде они попадают в окружающую среду.

Разнообразие горных пород

Представлена земная кора всевозможными горными породами и образующими их минералами.

Минералами считаются вещества различные по составу и отличающиеся по облику. Такие свойства как цвет, прозрачность, твердость и другие, у минералов также будут различными. Основная их масса встречается редко. Например, платина, алмазы, серебро.

Постоянно возможно увидеть в природе минералы, составляющие породы. Самые распространенные из них представлены на рисунке.

Минералы в горных породах скрепляются между собой с различной плотностью. Это во многом зависит от происхождения горных пород, то есть от того в каких условиях они образовались. В связи с этим горные порода подразделяются на магматические, осадочные и метаморфические.

1. Магматические горные породы формируются при извержении расплавленной массы мантии или магмы из глубин планеты и после ее затвердевании. Если магма внедряется в поверхность и медленно застывает в условиях высокого давления на глубине, то образуются породы с зернистым кристаллическим строением. Такой глубинной горной породой магматического происхождения является гранит. Если магма изливается на земную кору и там быстро застывает, то образуются породы с мелкозернистым или пористым строением. Какие горные породы магматического происхождения считаются поверхностными? Например, базальт, вулканический туф, пемза и другие.

1. Осадочные горные породы создаются непосредственно на поверхности разными путями. Если осадочные горные породы возникают за счет жизнедеятельности организмов, то они имеют органическое происхождение.

В результате воздействия внешних факторов на рельеф формируются обломочные горные породы. Обломки могут иметь различные габариты. При соединении их между собой образуются плотные породы. Такими осадочными горными породами являются песчаник, глина, суглинки, щебень и другие.

Осадочные горные породы формируются при протекании химических реакций, осуществляющихся в воде. Вы уже знаете, что в воде растворены многие вещества. Если этих веществ очень много содержится, то они начинают скапливаться ближе ко дну. Происходит образование осадочных горных пород химического происхождения, например, поваренная соль, бокситы, гипс и другие.

1. Метаморфические горные породы возникают в результате преобразований или метаморфозов других пород, попавших вглубь, под действием высоких температур и давления. В результате такого воздействия из одних горных пород возникают другие.

Разнообразные горные породы способны быть несхожими по происхождению, но они все тесно связаны между собой.