2. 2. Строение Земли и ее оболочек.

Внутреннее строение Земли всегда интересовало человечество и служило предметом исследований многих ученых от древнейших времен до наших дней. Несмотря на это, достоверных данных о внутреннем строении Земли имеется еще весьма мало, изучение и точное знание строения Земли имеет важное научное и практическое значение.

Тело Земли имеет концентрическое строение и состоит из ядра и ряда оболочек, плотность которых скачкообразно увеличивается от по­верхности Земли к ее центру. Концентрические оболочки, слагающие Землю, получили название геосфер.

Наружной геосферой Земли является атмосфера, представ­ляющая собой воздушную оболочку, мощность которой примерно равна 20000 км. Атмосферу, учитывая меняющийся ее состав, разделяют на три оболочки: тропосферу, стратосферу и ионосферу (рис.2. 1.).

Рис. 2.1. Схема строения Земли.

Тропосфера - приземный слой атмосферы, мощность кото­рого в средних широтах 10- 12 км. В тропосфере содержится почти 9/10 всей массы газов, составляющих атмосферу, и почти весь водяной пар.

С увеличением высоты (удалением от поверхности Земли) происходит разное понижение температуры. На высоте 10-12 км в среднем темпера­тура равна - 55° С. В этом слое происходит образование облаков, и сосре-дотачиваются тепловые движения воздуха, включая также все гео­логические процессы, протекающие над земной поверхностью (например, перенос веществ при извержениях вулканов, эоловые и другие процес­сы). У поверхности Земли наиболее высокая температура была отме­чена в Ливии (+58°С в тени) и в районе Термеза (+50° С в тени). Наиболее низкая температура зафиксирована в Антарктиде (-87°С) и в Якутии (-71°С).

Стратосфера - следующий за тропосферой слой, достигающий 80-90 км высоты. Благодаря присутствию озона в стратосфере обнаруживается повышение температуры до 50°С в слоях на высоте 30 - 55 км. На высоте 80-90 км температура снова понижается до - 60° - 90° С.

Ионосфера - самая верхняя и наиболее удаленная от поверхности Земли часть атмосферы. На высоте 20 тыс. км она посте­пенно переходит в межпланетное пространство.

Приборами, установленными на искусственных спутниках Земли, выявлено, что плотность верхних слоев атмосферы в 5 - 10 раз выше, чем это предполагалось ранее. Спутниками было зафиксировано повы­шение температуры до нескольких сот градусов на высоте 325 км.

Гидросфера - представляет собой водную оболочку Земли. Она включает все природные воды морей и океанов, рек, озер, а так­же материковые льды Арктики и Антарктиды. С водами гидросферы тесно связаны и подземные воды.

В отличие от других геосфер гидросфера не образует сплошной оболочки Земли. Она покрывает 70,8 % земной поверхности и образует Мировой океан. Средняя глубина гидросферы 3.75 км, наибольшая глу­бина достигает 11,5 км (Марианская впадина).

Биосфера как сфера жизнедеятельности организмов, свя­зана с поверхностью Земли. Биосфера находится в постоянном взаимо­действии с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Растения (свыше 600 тыс. видов) и животные (свыше I млн. видов), обитающие на суше и в океане даже на глубине да 10 км, благо­даря их жизнедеятельности оказывают влияние на ряд важных геологи­ческих процессов.

Прежде всего, следует указать на почвообразовательный процесс, происходящий в результате сложных биохимических реакций.

Наружная твердая геосфера Земли называется литосферой. Часто этот термин заменяется термином - земная кора (рис. 2. I.).

Твердая оболочка Земли различными методами исследована на глу­бину 15 - 20 км. Непосредственному же изучению при помощи буровых скважин подверглась толща лишь до глубины 11 км.

Третья часть поверхности земной коры приходится на выступы литосферы, образующие материки. Наиболее высокой точной материков является гора Эверест в Гималаях, высота которой достигает 8800 м. Средняя же высота материковых выступов - всего около 700 м над уровнем моря. Часто высокие горы располагаются вблизи глубоких океанических впадин.

Литосфера состоит из разнообразных пород и минералов, т.е. определенных химических соединений или, реже, самородных химических элементов, отличающихся однородностью состава и физических свойств. В составе литосферы преобладают кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, образующие разнообразные горные породы.

Между атмосферой , гидросферой и литосферой существует посто­янное взаимодействие, в результате которого происходят существенные изменения в составе и строении наружной оболочки земной коры.

В литосфере под верхней толщей осадочных пород в нисходящем порядке выделяют гранитную и базальтовую обо­лочки,

Гранитная оболочка наибольшей мощностью (до 50 км) находится под современными горными хребтами (Памир, Альпы и др.). Под океаническими впадинами (дно Атлантичес­кого и Индийского океанов) эта оболочка местами совершенно отсут­ствует или имеет малую толщину. Гранитная оболочка имеет плотность 2,6+ 2.7 г/см³ и сложена породами гранитного состава.

Базальтовая оболочка располагается непос­редственно под гранитной оболочкой. Мощность ее достигает 30 км под материко­выми равнинами (платформами). Плотность базальтовой оболочки 2,8-2,9 г/см³, поскольку она сложена основными породами (базальты и др.) бедными кремнекислотой.

Вследствие преобладания в гранитной и базальтовой оболочках кремния и алюминия их объединяют в геосферу, называемую сиалической, или сиаль (от слова silicium, что означает - кремний). Общая мощность литосферы, включая и сиалическую оболочку, в среднем составляет 50-70 км.

Под литосферой залегает перидотитовая обо­лочка, состоящая из пород еще более основных (т.е. меньшим со­держанием кремнекислоты), чем в базальтовой оболочке. Плотность пород этой геосферы в верхней части равна 3,2 - 3,4 г/см³, в нижних слоях 4.0 - 4,5 г/см³ . Ее верхний часть очень активна, содержит расплавленные массы. Здесь зарождается сейсмические и вулканические явления, горообразовательные процессы.

Перидотитовая оболочка распространена до глубины 1200 км и охватывает земной шар сплошь, без перерывов. Ниже располагается промежуточная оболочка до глубины 2900 км, Плотность ее 5,3 - 6,5 г/см³.

Академик А.Е.Ферсман называл эту зону рудной геосферой, считая, что в ней в большом количестве содержатся чистые металлы, такие, как железо и никель.

Внутренняя часть Земли, и ее центральное ядро, начинается с глубины 2900 км и доходит до центра Земли, т.е. до глубины 6370км. Таким образом, радиус центрального ядра составляет 3470 км, а его плотность 9,0 - 10,0 и 11,0 г/см³ в самом центре. Предполага­ют, что ядро Земли имеет силикатный состав, и в нем со­держится железа не больше, чем в других внутренних геосферах (обо­лочках). Большая плотность ядра объясняется тем, что вещество здесь, находясь под весьма высоким давлением (3,5 млн. атм.), приобрело плотность металлов (рис.2.1.).

По современным представлениям, температура в верхней части центрального ядра Земли не превышает 2,0 - 2,5 тыс. градусов.

Большое давление в сочетания с высокой температурой в ядре Земли обуславливает особое упруго-вязкое состояние слагающего его вещества, которое по физическим свойствам приближается к жидкости.