Внутреннее строение Земли

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  СОЦИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курский институт социального образования

(филиал) РГСУ

 

 

Факультет «Социальная  работа, педагогика и психология»

 

Кафедра философии и  социологии

 

 

 

 

Внутреннее строение Земли

 

по дисциплине «Концепции современного естествознания» 

для специальности  «Социальная  педагогика»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил ______________________

 

Студент _______________________

 

Работа проверена___________________

                                                                                                                                    (дата)

 

Оценка___________________________

 

Проверил_________________________

                                                                                       (подпись)

 

 

 

 

Курск

2011

 

Содержание

Введение………………………………………………………....…………3

1. Ядро Земли. Свойства и состав………………………………..………4
1. Внутреннее ядро……………………………………………..…..4
2. Внешнее ядро…………………………………………………….6
2. Геосферные оболочки…………………………………………………..7
1. Нижняя мантия…………………………………………….……..7
2. Верхняя мантия……………………………………………….…9
3. Астеносфера…………………………………………………….11
4. Литосфера……………………………………………………….12

 Заключение…………………………………………………………….…17

Список литературы……………………………………………………….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Наша планета кружится вокруг Солнца по эллиптической (близкой к круговой) орбите со средней скоростью 29,7 км/с и средним расстоянием около 149 млн км. Она приближенно имеет форму геоида (сфероида) со средним радиусом 6371 км; экваториальный радиус равен 6378 км, а полярный — 6356 км (у планет земной группы радиусы по экватору равны: у Меркурия — 2439 км, у Урана — 25400 и у Юпитера — 71 400 км).

Комплексное исследование Земли в целом свидетельствует  о большом значении законов геометрии  и симметрии, наиболее выразительно и масштабно проявивших себя на ранней (геологической) стадии развития планеты.

Плотность сферических  оболочек неравномерно уменьшается  от ядра к поверхности Земли; крупные  инверсии плотностей в этом направлении  встречаются, но редко. Средняя плотность вещества земного шара равна 5,52 г/см³. Сферные оболочки заряжены, но далеко не одинаково. Электротоки и электрополя присутствуют в каждой сфере, однако электропроводность в земном шаре неравномерна и заметно возрастает в расплавах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Ядро Земли. Свойства и состав.

Основой Земли является ее ядро. Согласно модели Буллена—Гутенберга, шар Земли по сейсмическим данным делится на крупнейшие сферические слои: А — литосфера — земная кора и отчасти мантия; В, С, D — мантия; Е, F — внешнее ядро и G — внутреннее ядро (рис. 1). Земля имеет общие черты строения с планетами земной группы (рис. 2).

Рис. 17. Сопоставление строения Луны, Меркурия,

Марса, Венеры и Земли по М. Я. Марову (1986 г.)

 

1.1. Внутреннее  ядро

Слой G — внутреннее ядро Земли с радиусом около 1271 км, глубины которого составляют приблизительно 5100—6371 км. Объем ядра равен 16,2% объема Земли (в условном пересчете).

Плотность вещества, максимальная для Земли, превышает 11—12 г/см³. Давление в ядре очень высокое и достигает предположительно 3,5 млн атм. Температура в раскаленном ядре около 5 тыс. К.

Существование ядра на протяжении всей истории Земли у специалистов не вызывает сомнений. Оно образовалось, вероятно, чуть раньше, чем планета  в целом.

 

 

Центральное ядро развивалось  циклически, оно пульсировало, то расширяясь, то сжимаясь и, в конечном счете, испытало общее сжатие, сопровождавшееся уменьшением радиуса ядра.

Внутреннее ядро оказывает  существенное влияние на внешнее  ядро, мантию и на планету в целом. Силы гравитации сбалансированы главным образом в центральных областях земного шара. Сосредоточенное в твердом ядре постоянное планетарное, гравитационное удерживает от разлета легкие газовые оболочки, гидросферу и плотные геосферные слои. Поле центрального тяготения было свойственно ядру с момента зарождения планеты, каким бы оно ни было по составу и строению. Именно оно обусловливало стягивание формирующихся и освоившихся частиц к центру.

О состоянии внутреннего  ядра чаще всего судят по отношению  к железу – как и когда оно  появилось и каковы его источники.

Земля является ближайшей  к центру Солнечной системы планетой, обладающей ядром с высоким содержанием  железа. Относительно участия железа в строении ядра предполагались следующие  варианты:

1. внутреннее ядро  состоит из чистого железа;

2. сложено сплавом  железа и никеля (до 7%);

3. представлено сплавом  железа, никеля и кремния;

4. определяется сплавом железа и серы (до 8 %).

В земных условиях первыми  конденсировались капли железа. Мнение исследователей склоняется к обязательности участия серы. На эту мысль навело присутствие сульфидов железа в метеоритах, а также специальные лабораторные исследования по добавкам серы при сжатии металлов.

После железа конденсировались в капли планетного расплава никель, силикаты сульфида и некоторые окислы, что наблюдается и у внутренних планет земной группы. Исходными элементами были Fe, Ni, Co, Mg, Si, Na, К и др.

 

Первые полмиллиарда лет были пусковым периодом Земли. Еще  более короткий предшествующий период был обусловлен синтезом в ядре первых самостоятельных химических соединений формирующейся планеты – началом собственных реакций. Они связываются с появлением железа и водородного компонента.

Слой F выделяется как узкая переходная сферическая зона в интервале 5000—5100 км между внешним и внутренним в первую очередь железом, никелем, кобальтом и серой.

1.2. Внешнее  ядро

Слой Е — это внешний сферический слой земного ядра, находящийся в текучем, расплавленном состоянии и представляющий собой наряду с вышележащей мантией крупную оболочку планеты (отдельные включения ее могут быть и в твердой фазе). Радиус верхней границы жидкостной сферы составляет около 3480 км, а ее глубина от поверхности равна 2900 км. Толщина расплавленной оболочки вдоль по радиусу достигает 2100 км. Плотность материала около внешней границы ядра возрастает скачком в 2 раза, от 5—6 до 9—10 г/см³, а около нижней границы сферы повышается до 11— 11,5 г/см³. Температура на глубине 2900 км, внешней границе жидкого ядра, равна 4000 ± 500 К; но по другим, менее известным данным, она составляет 3000 или 6000 К.

Давление вышележащих  пород на верхней границе сферы  примерно 1,3 млн атм, а па нижней (в  подошве) — около 3,2 млн атм.

На верхней поверхности  слоя ускорение силы тяжести возрастает от 985 до 1037 см/с² и далее, к глубинам 5000 км, равномерно снижается до 450 см/с².

Основные свойства жидкости данной геосферы – ее сплошность, текучесть, общая легкая подвижность, сжимаемость. Свойства раствора

 

 

заметно изменяются с  появлением локальной вязкости: жидкость или расплав становятся тугоподвижными, пассивными, слабообменными.

Поскольку внешнее ядро имеет наружные проявления в планетарных  магнитных полях, планетарном вращении, приливных реакциях планеты, то по их анализу установлено, что рассматриваемый 2000-километровый сферический пояс не должен быть ни слишком вязким, пи слишком жидким. Он находится в среднежидком – средневязком состоянии с параметрами, необходимыми и для свободного горизонтального движения, и для свободного опускания более плотного вещества.

Считается, что химический состав данной сферы соизмерим с составом железных и железокамениых метеоритов. Метеориты были многократно разрушены и окислены, а также могли образоваться из различных (сили-катных, железных) частей какой-либо распавшейся планеты; поэтому прямая и безусловная параллелизация состава данной оболочки с ними относительна.

2. Геосферные  оболочки

2.1. Нижняя мантия

Слой D соответствует нижней мантии Земли, ее второй крупнейшей сферической («каменной») оболочке, протяженность которой по радиусу составляет 700—2900 км, т. е. 2200 км.

Нижняя граница сферы  достаточно четкая, представлена упругими породами Верхняя граница прослеживается на глубине 700 км, где проходит существенная минералокристаллографическая граница и не фиксируются самые глубокие землетрясения.

Нижней мантии свойственны плотности пород 4,7 – 5,7 г/см³, а распределение сейсмических скоростей относительно равномерное. Характерные температуры оболочки 1500 – 3000 К.

 

 

Данная оболочка в  основном силикатно-окисное образование, литологически выраженное кремнекислородпыми породами. Содержание железа уменьшается и сдвигается на третье – пятое место, возрастают и выходят на первые места кислород, кремний, магний, алюминий и их оксиды, уменьшается содержание калия.

В нижней части ее (до 1000 км) формируется и местами преобладает минеральный состав вещества (в отличие от химического состава ядра). Имеются три предположения о его строении: первое – о преобладании в нижней мантии перовскита (с участием ильменита и периглаза); второе – об алюмосилнкатной (и магнезиально-железосиликатной) природе толщи; третье — о наличии плотно упакованных оксидов кремния, магния, кальция и железа или их ионов (вместе с ионами кислорода).

Верхняя часть нижней мантии (от 1000 до 700 км) полностью минеральная, представлена перовекитом, состоящим в основном из кислорода и кремния. Сопутствующие минералы – магнетит, сфен, гранат, хромид, оливин, перовскит – минерал средней твердости, имеющий структуру сдвоенного тетраэдра, где каждый атом кремния окружен шестью атомами кислорода, образуется на ранних стадиях кристаллизации в ультраосновных расплавах.

Отмечается наличие  растворенного водорода в протонном  состоянии, который активно диффундирует, но с меньшей скоростью, чем в  металлах.

Мантия в интервале 1000—2900 км может рассматриваться  как изолирующий слой в сплошном, либо в расслоенном состоянии. Состояние мантийных пород различное. Проявляется и ползучесть, преимущественно в высокотемпературном режиме, причем ползти могут не только вязкие, но и упругие твердые породы. Нижняя мантия может течь подобно жидкости и способна к массовым микроперемещениям тонких пластин. Ее породы

 

 

электропроводны, но в  десятки и сотни раз меньше, чем в расплавленном внешнем  ядре.

Среда оболочки отличается высокой однородностью и постепенными переходами. В слое нижней мантии предполагается замедленная конвекция, обусловленная региональной разницей в плотностях.

2.2. Верхняя  мантия.

Слой С может быть отнесен к интервалу 700—450 км. Плотность составляет 3,6— 4,7 г/см^а. Температура слоя до 1400—2200 К.

В интервале 700—650 км отмечается переходная зона между двумя минералами, где перовокит превращается в шпинель.

Зона в интервале от 650 до 450 км — это главная зона господства шпинели с плотной упаковкой. Каждый атом кремния в ее структуре  окружен четырьмя атомами кислорода (это знакомый нам тетраэдр).

Выше по радиусу, в интервале 450—390 км, фиксируется  новая переходная минералогическая зона, где шпинель  переходит в оливин. При этом кристаллическая  решетка перестраивается в сторону  менее плотной упаковки (структура  тетраэдра сохраняется). Смена шпинели на оливин может означать переход к верхней мантии (зона В).

Состав мантии на этом уровне еще определяется неполно из-за изменений химического состава при выносе мантийного вещества на поверхность.

С глубины 700 км и выше происходит верхний конвективный обмен: опускаются холодные массы и поднимаются теплые, причем расстояния между вертикальными холодными потоками составляют 1500 км. Открытие течения пород в мантии было весьма неожиданным, так как предел их пластичности оказался очень высоким: его величина превысила все предполагавшиеся оценки напряжений. В данных условиях все кристаллические вещества могут течь при самых малых нагрузках, обнаруживая свойства ползучести. Если в нижней мантии преобладала

 

высокотемпературная ползучесть, то на этих уровнях она проявляется в менее горячих пародах.

Погружающийся сверху поток  содержит в себе пластины материала  из земной коры, которые могут сталкиваться друг с другом до глубины 600—700 км.