Строение Земли

Перейти к навигацииПерейти к поиску
Земля в разрезе. Левая картинка не в масштабе.

Земля имеет форму почти шарообразного эллипсоида вращения (экваториальный диаметр — 12 754 км, а полярный — около 12 712 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.

История

Ещё древние мыслители выдвигали разные предположения о строении Земли, но до того, как теория о шарообразности Земли стала общепринятой, адекватных предположений, соответствующих современным взглядам, практически не было. Когда начала изучаться сила гравитации Земли, эти знания стали почвой 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.

Иллюстрация гипотезы Галлея

В 1692 году Эдмунд Галлей (в статье, напечатанной в Философских трудах Королевского общества в Лондоне), выдвинул идею о полой 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[2]. Научные данные, независимо полученные геофизикой, геодезией, астрономией и химией, в XIX веке (а частично — еще в XVIII веке) полностью опровергли гипотезу полой Земли. Тем не менее версии о полой Земле со своим внутренними миром, были популярны аж до конца XIX столетия, что отразилось в романах «Путешествие к центру Земли», «Плутония» и других.

До начала XX века учёные в основном обсуждали происхождение, строение и физику земной коры. В этом плане споры шли между сторонниками фиксизма и мобилизма. Более современные исследования отвергли фиксизм, а теория мобилизма сейчас практически общепринятая. В дальнейшем (например в начале XX века) тоже выдвигались гипотезы, которые были популярны, но со временем были опровергнуты. Например, предполагалось существование оливинового пояса, что в дальнейшем не нашло подтверждения.

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.

Схематическое изображение внутреннего строения Земли:
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[3][]:

Глубина Слой
КилометрыМили
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

Основная статья: Ядро Земли

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."[4]

Сейсмические измерения показывают, что ядро делится на две части — твёрдое внутреннее ядро радиусом ~1220 км и жидкое внешнее ядро радиусом ~3400 км[5].

Мантия

Основная статья: Мантия Земли

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[6]. Для сравнения, вязкость воды составляет около 10−3 Па·с, а песка — 107 Па·с.

Кора

Основная статья: Земная 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[англ.]) 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.

См. также

Примечания

  1. ↑ Земля — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  2. ↑ N. Kollerstrom. The hollow world of Edmond Halley (неопр.) // Journal for History of Astronomy. — 1992. — Т. 23. — С. 185—192. Архивировано 18 сентября 2021 года. (архив).
  3. ↑ T. H. Jordan. Structural Geology of the Earth's Interior (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America : journal. — 1979. — Vol. 76, no. 9. — P. 4192—4200. — doi:10.1073/pnas.76.9.4192. — PMID 16592703. — PMC 411539.
  4. ↑ Плотность земных ядер / О. Г. Сорохтин: «Развитие Земли» / Земля. www.gemp.ru. Дата обращения: 27 января 2018. Архивировано 27 января 2018 года.
  5. ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie. Lopsided Growth of Earth's Inner Core (англ.) // Science. — 2010. — 21 May (vol. 328, no. 5981). — P. 1014—1017. — doi:10.1126/science.1186212. — PMID 20395477.
  6. ↑ Uwe Walzer, Roland Hendel, John Baumgardner. Mantle Viscosity and the Thickness of the Convective Downwellings (англ.). Архивировано 8 апреля 2007 года.

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»