Современные представления о строении Земли

Министерство  образования и науки Российской Федерации 

Федеральное агентство по образованию 
 

Санкт-Петербургский  государственный университет 

сервиса и экономики 
 
 
 
 
 
 

Реферат 
 

по дисциплине: «Концепция современного естествознания» 

на тему: «Современные представления о строении Земли» 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студентка 1 курса

заочного  отделения 
 

     Проверила:  _______________

     __________________________

     __________________________ 
 
 
 

г. Великие  Луки

2010

Содержание 

1. Введение ………………………………………………………………………3
2. Устройство коры Земли ……………………………………………………...4
3. Устройство мантии Земли …………………………………………………...8
4. Устройство ядра Земли ……………………………………………………..10
5. Асимметричность процессов, протекающих в геосферах Земли ………..13
6. Земля – современная модель ……………………………………………….14
7. Заключение ………………………………………………………………….17
8. Список использованной литературы ……………………………………....18

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Создание  модели внутреннего строения Земли - одно из самых больших достижений науки XX столетия. Конечно, создавались  модели и раньше. Но они основывались на догадках и на сравнительно небольшом количестве достоверных фактов. Больше было предположений. Нельзя сказать, чтобы сегодня все в строении Земли было бы ученым ясно и понятно. Недра таят огромный запас загадок. Но в принципе, я думаю, можно сказать, что современная модель уже вряд ли когда-нибудь существенно изменится так, как менялись модели прошлых, например, веков.

     Но  как же удалось построить ее ученым? Может быть, люди прорыли шахту  до центра земли и исследовали  каждый метр глубины? Такую работу не то что проделать - представить себе невозможно. Нам бы еще многие годы пришлось гадать о строении недр, если бы к середине прошлого столетия не наметился новый подход к проблеме. Ученые стали рассматривать Землю как физическое тело в целом. Стали изучать физические процессы, которые происходят в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли. Заинтересовались тем, как реагирует наша планета на притяжение Луны с Солнцем, как воздействует на Землю межпланетная среда. Специалисты вплотную занялись изучением химического состава земной коры.

     Пожалуй, изучение внутреннего строения Земли  лучше всего определяется именно известной сказочной формулой, вынесенной в заголовок. Ну, в самом деле: ни того, что там находится, ни того, в каком порядке это неизвестное распределяется по недрам, люди не знают. Так на что же надеются?

     Правда, у нас уже есть примеры того, как, не объезжая Землю кругом, мудрый Эратосфен измерил планету. А  европейские ученые сумели определить плотность Земли или, иными словами, «взвесили» планету без весов. Теперь осталось доказать, что плотность распределяется именно так, как предполагалось, то есть что в центре Земли имеется тяжелое плотное ядро.

     Вот тут-то на помощь и приходит физика. Оказывается, если положить оба шара на наклонную доску и скатывать их, как на гонках, то один будет всегда чуть-чуть отставать от другого. Это и есть сплошной шар. Его момент инерции больше, чем у шара с тяжелым ядром и легкой оболочкой. Момент инерции как раз и есть та характеристика, которая зависит от распределения масс в системе тел или в одном теле. Зная его, можно судить о том, как устроено тело, не забираясь в его середину.

     Наша  Земля тоже не одиночка. Рядом с  нею летает Луна. И ученые умеют  определять моменты инерции подобных систем. Интересно отметить, что после всех расчетов момент инерции нашей планеты оказался на семнадцать процентов меньше, чем он должен быть у сплошного шара массой и размерами равного Земле. Значит, у нашей планеты обязательно должно быть тяжелое ядро.

     Согласно современным геофизическим (сейсмологическим) данным в объеме Земли выделяются три основные области: кора, мантия и ядро. 
 

     Устройство  коры Земли 

     Самый верхний слой твердой земли ученые назвали корой. Состав коры сложный. Больше всего в ней оказалось кислорода, кремния и алюминия. Потом шли остальные элементы, но их значительно меньше. Конечно, газ кислород содержится в коре не в чистом виде. Он входит в состав окислов. Ведь даже обыкновенный песок - это окисел кремния с всякими добавками. А простая глина - такой же окисел алюминия, но тоже с множеством добавок.

     Состав  и строение земли всегда интересовали человечество. Да и неудивительно - ведь именно кора, ее верхний слой обеспечивает человека всем необходимым для жизни. К сожалению, прошли те времена, когда каменный уголь и руду люди добывали прямо с поверхности, стоило лишь разворошить чуть-чуть пахотную землю или мох или другую какую-нибудь почву. Прошло время, когда нефть тугими фонтанами била из скважин, пробуренных на несколько десятков метров. Сейчас, чтобы найти полезные ископаемые, приходится тщательно изучать строение земной' коры и забираться в нее все глубже.

      По  данным сейсмических исследований выделяются два типа глубинного строения земной коры, отличающихся по мощности и структуре:

      а) континентальный тип – мощность 30-50 км до 60-80 км.

      б) океанический тип – мощность 5-10 км.

   Континентальная земная кора в наиболее полном ее виде делится на 3 основных геофизических «слоя», которые отличаются по упругим свойствам и плотностным характеристикам пород:

1. «Осадочный слой» («осадочный чехол», «неконсолидированная толща») сложена горизонтально или полого залегающими неметаморфизованными толщами осадочных и вулканогенных пород фанерозойского, реже – верхнепротерозойского возраста. Почти на 40%  территории России осадочный слой отсутствует – он выклинивается (смыт) на площадях, занимаемых древними щитами. В пределах складчатых поясов он развит спорадически, фрагментами.
2. Гранитный (гранулито-метаморфический) слой, представлен сильно дислоцированными и в разной степени метаморфизованными осадочными, эффузивными и интрузивными породами преимущественно кислого, т.е. гранитоидного состава. На щитах и значительных площадях складчатых поясов  он выходит на земную поверхность. Скорости продольных сейсмических волн от 5,5 до 6,3 км/с. Мощность в областях развития типичной континентальной коры 10-20 км, изредка – до 25 км.
3. Базальтовый (правильнее гранулито-базальтовый слой) нигде не обнажается и состоит, по косвенным данным, из глубокометаморфизованных пород гранулитовой фации и магматических пород существенно основного и частично ультраосновного составов со скоростями продольных волн от 6,5 до 7,3 км/с (в среднем 6,8-7 км/сек). Мощность от 15 до 25-30км.

   Кора  океанического типа образует ложе Тихого, Атлантического и Индийского океанов, где глубина превышает 3-4 км. По сейсмическим и геологическим данным она состоит из 3-х слоев.

   Литосфера образуется в процессе остывания  и кристаллизации частично расплавленного вещества мантии Земли. Ее часто называют «силикатным льдом». Имеется в виду, что литосфера, состоящая в основном из силикатов, т.е. солей кремниевых кислот, содержащих SiO₄, формируется подобно образованию льда при замерзании воды. Ее формирование началось 4-3,5 млрд. лет тому назад. Около 2 млрд. лет ушло на формирование суперконтинента Пангеи. Последующая тектоническая деятельность Земли приводит к раскалыванию Пангеи и образованию новых суперконтинентов.

   Современная история литосферы связана, прежде всего, с тектоникой океанических плит. При раздвижении литосферы вещество астеносферы внедряется в разломы рифтовых зон и, охлаждаясь, образует молодую океаническую литосферу. Океаническая кора способна надвигаться на концы континентальных плит, в результате чего образуются складчатые структуры. Обломки океанических литосферных плит, увлекаясь мантийными потоками, опускаются вплоть до ядра Земли, перемешиваются с другим мантийным веществом и вновь поднимаются на поверхность. Так осуществляются циклы тектонической деятельности Земли. В далеком будущем непременно произойдет их замедление вплоть до полной остановки.  

   Океаническая  кора состоит в основном из базальта - пород вулканического происхождения, в которых преобладает полевой  шпат и пироксен. Континентальная  кора сложена главным образом  из гранитов и магматических пород, содержащих преимущественно кварц, кальциевый полевой шпат, кислый плагиоклаз и слюду. Плотность океанической коры больше, чем плотность континентальной коры. Максимальная контрастность рельефа определяется тектонической активностью Земли и достигает 16 - 17 км. Со временем неровности рельефа уменьшаются, «растекаются» вследствие действия на земную кору гравитационных сил. По этой причине перепады высот в таких древних горных поясах как, например, Уральские горы, не превышает 2 км.

   Согласно  Альфреду Вегенеру, в глубоких недрах планеты залегает плотное вещество, которое он считал состоящим из никеля и железа и назвал нифе (никель-феррум); это можно считать аналогом ядра Земли в современном понимании. Железо-никелевое ядро облекается кремниево-магниевым слоем сима (силициум-магний). А на поверхности слоя сима — несплошной слой материков, сложенных сравнительно легким веществом сиаль (силициум-алюминий), который как бы плавает по поверхности более тяжелого слоя сима. Материки на своем переднем по ходу движения крае испытывают большое сопротивление подстилающих слоев, там породы сминаются в складки, образуются горы. Хороший пример: Америка движется от Европы и Африки на запад, и на ее переднем (западном) краю образовался Кордильерский горный пояс.

   Теория покорила чуть не всех, ее приняли с восторгом. Но через 2-3 десятилетия, когда выяснилось, что физические свойства пород не допускают такого плавания, на теории дрейфа материков был поставлен жирный крест. И, как это часто бывает, вместе с водой выплеснули дитя: теория плоха, значит, материки двигаться вообще не могут. Лишь к 60-м годам, то есть всего 50 лет назад, когда была уже открыта общемировая система срединно-океанических хребтов, построили новую теорию, в которой от гипотезы Вегенера осталось изменение взаимного расположения материков, в частности, объяснение сходства очертаний континентов по обе стороны Атлантики.

   Важнейшее отличие современной тектоники плит от гипотезы Вегенера состоит в том, что у Вегенера материки двигались по веществу, которым сложено океаническое дно, в современной же теории в движении участвуют плиты, в состав которых входят участки как суши, так и дна океана; а границы между плитами могут проходить и по дну океана, и по суше, и по границам материков и океанов.

   Движение  литосферных плит происходит по астеносфере,  вдоль осей срединно-океанических хребтов площади литосферных плит постепенно увеличиваются. Этот   процесс получил название спрединг (английское spreading — расширение, распространение). Но поверхность земного шара не может увеличиваться.

     Возникновение новых участков земной коры по сторонам от срединно-океанических хребтов должно где-то компенсироваться ее исчезновением. Если мы считаем, что литосферные  плиты достаточно устойчивы, естественно  предположить, что исчезновение земной коры, как и образование новой, должно происходить на границах сближающихся плит. При этом могут быть три различных случая:

     — сближаются два участка океанической коры;

     — участок континентальной коры сближается с участком океанической;

     — сближаются два участка континентальной коры.

     Процесс, происходящий при сближении двух участков океанической коры, может  быть схематически описан так: край одной  плиты несколько поднимается, образуя  островную дугу, край другой уходит под него; здесь уровень верхней поверхности литосферы понижается, формируется глубоководный океанический желоб. Таковы Алеутские острова и окаймляющий их с юга Алеутский желоб, Курильские острова и Курило-Камчатский желоб, Японские острова и Японский желоб, Марианские острова и Марианский желоб и т.д.; всё это в Тихом океане. В Атлантическом — Антильские острова и желоб Пуэрто-Рико, Южные Сандвичевы острова и Южно-Сандвичев желоб. Движение плит относительно друг друга сопровождается значительными механическими напряжениями, поэтому во всех этих местах наблюдаются высокая сейсмичность, интенсивная вулканическая деятельность. Очаги землетрясений располагаются в основном на поверхности соприкосновения двух плит и могут быть на большой глубине. Край плиты, ушедшей вглубь, погружается в мантию, где постепенно превращается в мантийное вещество. Погружающаяся плита подвергается разогреву, из нее выплавляется магма, которая изливается в вулканах островных дуг. Процесс погружения одной плиты под другую носит название субдукция (буквально — поддвигание).