Строение и физические свойства Земли

8

1        Строение и физические свойства Земли.

   Земля – это третья от Солнца планета Солнечной системы. Она обращается вокруг звезды по эллиптической орбите (очень близкой к круговой) со средней скоростью 29.765 км/с на среднем расстоянии 149.6 млн. км за период равный 365,24 суток. Земля имеет спутник – Луну, обращающуюся вокруг Солнца на среднем расстоянии 384400 км. Наклон земной оси к плоскости эклиптике составляет 66033`22``. Период вращения планеты вокруг своей оси 23 ч 56 мин 4.1 сек. Вращение вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи, а наклон оси и обращение вокруг Солнца - смену времен года.

   Форма Земли - геоид, приближенно - трехосный эллипсоид, сфероид. Средний радиус Земли составляет 6371,032 км, экваториальный – 6378,16 км, полярный – 6356,777 км. Площадь поверхности земного шара 510 млн. км2, объем – 1,083 * 1012 км2, средняя плотность 5518 кг/м3. Масса Земли составляет 5976 * 1021 кг. Земля обладает магнитным и тесно связанным с ним электрическим полями. Гравитационное поле Земли обуславливает её сферическую форму и существование атмосферы.

   По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась примерно 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газового вещества. В результате дифференциации вещества, Земля, под действием своего гравитационного поля, в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки - геосферы: ядро (в центре), мантия, земная кора, гидросфера, атмосфера, магнитосфера. В составе Земли преобладает железо (34,6%), кислород (29,5%), кремний (15,2%), магний (12.7%). Земная кора, мантия и внутренняя чаять ядра твердые (внешняя часть ядра считается жидкой). От поверхности Земли к центру возрастают давление, плотность и температура. Давление в центре планеты 3,6 * 1011 Па, плотность около 12,5 * 103 кг/м3, температура колеблется от 50000 до 60000 °С. Основные типы земной коры – материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора

промежуточного строения.

   Большая часть Земли занята Мировым океаном – 361,1 млн. км2 (70,8%), суша составляет 149,1 млн. км2 (29,2%), и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем мирового океана в среднем на 875 м. (наибольшая высота 8848 м. – гора Джомолунгма), горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают примерно 20% поверхности суши, леса - около 30%, ледники – свыше 10%. Средняя глубина мирового океана около 3800 м. (наибольшая глубина 11020 м. – Марианский желоб (впадина) в Тихом океане). Объем воды на планете составляет 1370 млн. км3, средняя соленость 35 г/л. Атмосфера Земли, общая масса которой 5,15 * 1015 т., состоит из воздуха – смеси в основном азота (78.08%) и кислорода (20.95%), остальное – это водяные пары углекислый газ, а также инертный и другие газы. Максимальная температура поверхности суши 570-580 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), минимальная – около -900 С (в центральных районах Антарктиды).

   Образование Земли и начальный этап ее развития относятся к догеологической истории. Абсолютный возраст наиболее древних горных пород составляет свыше 3,5 млрд. лет. Геологическая история Земли делится на два неравных этапа: докембрий, занимающий примерно 5/6 всего геологического летоисчисления (около 3 млрд. лет), и фанерозой, охватывающей последние 570 млн. лет. Около 3-3,5 млрд. лет назад в результате закономерной эволюции материи на Земле возникла жизнь, началось развитие биосферы. Совокупность всех населяющих ее живых организмов, так называемое живое вещество Земли, оказала значительное влияние на развитие атмосферы, гидросферы и осадочной оболочки. Новый фактор, оказывающий мощное влияние на биосферу – производственная деятельность человека, который появился на Земле менее 3 млн. лет назад.

   Высокий темп роста населения Земли (275 млн. чел. в 1000 году, 1,6 млрд. чел. в 1900 году и примерно 6,3 млрд. чел. в 1995 году) и усиление влияния человеческого общества на природную среду выдвинули проблемы рационально-

го использования всех природных ресурсов и охраны природы.

   Планета Земля состоит из тонкой твердой оболочки (кора толщиной 10-100

км), окруженной мощной водной гидросферой и плотной атмосферой. Недра Земли разделяются на три основных области: кору, мантию и ядро. Кора Земли представляет собою верхнюю часть твердой оболочки Земли толщиной от одного (под океанами) до нескольких десятков км. (под материками). Она состоит из осадочных слоев и хорошо известных минералов и горных пород. Более глубокие ее слои состоят из различных базальтов. Под корой находится твердый силикатный слой (предположительно из оливина), называемый мантией, толщиной 1-3 тыс. км, он окружает жидкую часть ядра, центральная часть которого диаметром около 2000 км твердая.

   Атмосфера. Земля, как и большинство других планет, окружена газовой оболочкой – атмосферой, которая состоит, в основном, из азота и кислорода. Ни одна другая планета не обладает атмосферой с таким химическим составом, как у Земли. Считается, что он возник в результате длительной химической и биологической эволюции. Атмосфера Земли делится на несколько областей в соответствии с изменением температуры, химического состава, физического состояния и степенью ионизации молекул и атомов воздуха. Плотные, пригодные для дыхания слои земной атмосферы имеют толщину не более 4-5 км. Выше атмосфера очень разряжена: ее плотность уменьшается примерно в три раза на каждые 8 км. подъема. При этом температура воздуха сначала в тропосфере уменьшается до 220 К., однако на высоте в несколько десятков километров в стратосфере начинается ее рост до 270 К. на высоте около 50 км., где проходит граница со следующим слоем атмосферы – мезосфера (средняя атмосфера). Рост температуры в верхней стратосфере происходит из-за нагревающего действия поглощаемого здесь ультрафиолетового и рентгеновского солнечного излучения, не проникающего в нижние слои атмосферы. В мезосфере температура снова убывает почти до 180 К., после чего выше 180 км. в термосфере начинается ее очень сильный рост до значений более 1000 К. На высотах свыше 1000 км. термосфера переходит в экзосферу, из которой происходит диссипация атмосферных газов в межпланетное космическое пространство. С повышением температуры связана ионизация атмосферных газов – возникновение электропроводящих слоев, которые в целом принято называть земной ионосферой.

   Гидросфера. Важной особенностью Земли является большое количество воды, постоянно находящейся в разных пропорциях во всех трех агрегатных состояниях – газообразном (водяные пары в атмосфере), жидком (реки, озера, моря, океаны и, в меньшей степени, атмосфера) и твердом (снег и лед, главным образом в ледниках). Благодаря водному балансу общее количество воды на Земле должно сохраняться. Мировой океан занимает большую часть поверхности Земли (361,1 млн. км2 или 70,8% площади поверхности Земли), его средняя глубина составляет около 3800 м., наибольшая – 11022 м. (Марианская впадина в Тихом океане), объем воды 1370 млн. км3 , средняя соленость 35 г/л. Площадь современных ледников около 11% поверхность суши, которая составляет 149,1 млн км2 (29,2%). Суша поднимается над уровнем Мирового океана в среднем на 875 м. (наибольшая высота 8848 м. – вершина Джомолунгма в Гималаях). Считается, что существование осадочных пород, возраст которых (по данным радиоизотопного анализа) превосходит 3,7 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоемов уже в ту далекую эпоху, когда, предположительно, появились первые живые организмы.

   Мировой океан. Мировой океан условно делится на четыре океана. Самый крупный и глубокий из них Тихий океан. По площади 178,62 млн. км2 он занимает половину всей водной поверхности Земли. Средняя его глубина (3980 м.) больше средней глубины Мирового океана (3700 м.). В его пределах находится и самая глубоководная впадина – Марианская (11022 м.). В Тихом океане сосредоточено более половины объема воды Мирового океана (710,4 из 1341 млн. км3). Второй по размерам Атлантический океан. Его площадь 91,6 млн. км2, средняя глубина 3600 м., наибольшая 8742 м. (в районе Пуэрто-Рико), объем 329,7 млн. км3. Далее по размерам идет Индийский океан, который занимает площадь 76,2 млн. км2, среднюю глубину 3710 м., наибольшую 7729 м. (возле Зондских островов), объем воды 282,6 млн. км3. Самый маленький и самый холодный Северный Ледовитый океан, с площадью всего 14,8 млн. км2. Он занимает 4% Мирового океана), обладает средней глубиной 1220 м. (наибольшая 5527 м.), объемом воды 18,1 млн. км3. Иногда выделяют т.н. Южный океан (условное название южных частей Атлантического, Индийского и Тихого океанов, прилегающих к Антарктическому материку). В составе океанов выделяются моря. Для жизни Земли огромную роль играет постоянно происходящий в ней круговорот воды (влагооборот). Это непрерывный замкнутый процесс перемещения воды в атмосфере, гидросфере и земной коре, состоящий из испарения, переноса водяного пара в атмосфере, конденсации пара, выпадения осадков и стока вод в Мировой океан. В этом едином процессе происходит непрерывный переход воды с земной поверхности в атмосферу и обратно.

2        Построение инженерно-геологического разреза.

Разрезы строятся в тех же масштабах, что и геологические карты. Для обзорных разрезов, охватывающих большие пространства, принимают мелкие масштабы. Разрезы под отдельные инженерные сооружения выполняют в крупных масштабах (от 1:100 до 1:500), причем целесообразны одинаковые горизонтальные и вертикальные масштабы. Однако часто, для большей наглядности и для уменьшения длины чертежей, приходится прибегать к увеличению вертикального масштаба по сравнению с горизонтальным. Например, продольный инженерно-геологический разрез по трассе железнодорожной линии обычно строят в горизонтальном масштабе 1:1000, принимая при этом вертикальный масштаб 1:250 (соотношение масштаба 1:4), а при построении подробного продольного профиля при горизонтальном масштабе 1:1000 вертикальный масштаб принимают равным 1:100 (соотношение 1:10). Следует указать, что использование неодинаковых масштабов расстояний и высот при построении разрезов приводит к неправильному представлению о рельефе местности и искажает природную картину залегания пород.

Техника построения геологического разреза состоит в следующем:

   1. На геологической карте по выбранному направлению задается линия разреза. Длина линии должна отвечать заданной длине составляемого разреза. На концах линии у ограничивающих штрихов проставляются условные знаки наименования линии разреза (цифры, буквы, например I – I, A – B и т.д.).

   2. Построение геологического разреза начинается с построения топографического профиля, горизонтальный и вертикальный масштабы которого должны соответствовать масштабу карты. При складчатом залегании горных пород увеличение или уменьшение вертикального масштаба по сравнению с горизонтальным не желательно ввиду того, что складки будут искаженными.

   При построении профиля по карте, на которой рельеф указан горизонталями,

топографический профиль строится по точкам пересечения линии разреза с горизонталями. Если топографический профиль строится по карте только с высотными отметками, следует построить схематический профиль в масштабе карты.

   Линии разрезов при складчатом залегании горных пород наносятся на картах вкрест простирания слоев, потому что в таком случае на разрезах отображаются истинные углы залегания пород и истинные мощности слоев. Геологические разрезы, составленные по линиям, отклоняющимся от направления падения слоев, показывают искаженные углы падения слоев и искаженные мощности. При построении учебного геологического разреза следует помнить, что мощность каждого слоя принимается неизменной.

   Построение геологического разреза ведется на отдельном листе бумаги (удобно на миллиметровой), размеры которого должны быть достаточны, для того чтобы разместить разрез и все необходимое к нему оформление (формат А3).

   3. Закончив построение топографического профиля, необходимо на него нанести точки выходов границ между различными слоями горных пород, полученных от пересечения геологических границ с линией разреза. Между точками выхода слоев на профиле необходимо проставлять возрастные индексы пород, особенно при наклонном или складчатом их залегании.

   4. На геологическом разрезе в первую очередь следует наносить линии разрывных нарушений (разломов). Обычно это делается до показа залегания слоев горных пород. Разрывные нарушения показываются на разрезах вертикальными или крутонаклонными жирными линиями с индексами F-F.

   5. Выполняя построение геологического разреза, всегда важно анализировать геологическую карту, точно переносить выходы границ и тектонические нарушения на поверхность рельефа и показывать их тонкими четкими прямыми линиями. Мощность несогласно горизонтально-залегающих слоев показывается на геологическом разрезе в масштабе карты, если разрез строится по карте с горизонталями или высотными отметками.

   6. Оформление геологического разреза. На листе бумаги выше разреза делается надпись типа “Инженерно-геологический разрез по линии II – II, карта 12”, здесь же указывается численный масштаб.

   Ниже разреза размещаются графический линейный масштаб и таблица условных обозначений, включающая только те знаки карты, которые применялись при составлении разреза. Условные возрастные знаки должны располагаться в возрастной последовательности, начиная со знаков наиболее молодых горных пород. Все буквенные и цифровые индексы должны иметь пояснения.

   Условные знаки на геологическом разрезе для каждого стратиграфического подразделения (слоя) должны быть те же, что и на геологической карте. Если на карте слои имеют штриховые обозначения и возрастные индексы, то и на разрезе должны быть указаны штриховые обозначения и возрастные индексы.