Структура Земли представляет собой увлекательное и сложное расположение слоев, составляющих внутреннюю часть нашей планеты. Понимание этой структуры имеет решающее значение для геологов и ученых, поскольку оно дает представление о составе Земли, ее поведении и процессах, которые формируют нашу планету. Эти знания также необходимы для различных областей, включая геологию, сейсмологию и тектоника плит, поскольку это помогает объяснить такие природные явления, как землетрясение, вулканыи образование континентов и океанских бассейнов.

Структура Земли

Недра Земли: кора, мантия и ядро

Внутреннюю часть Земли можно разделить на три основных слоя: кору, мантию и ядро. Эти слои имеют различные свойства и состав, которые играют важную роль в формировании геологии и поведения нашей планеты.

  1. Кора:
    • Земная кора — это самый внешний слой, с которым мы напрямую взаимодействуем. Ее толщина различается: океаническая кора тоньше (около 4–7 миль или 6–11 километров), а континентальная кора толще (в среднем около 19 миль или 30 километров).
    • Кора в основном состоит из твердых пород, причем в континентальных и океанических регионах преобладают различные типы горных пород. Континентальная кора в основном состоит из гранита. горные породы, тогда как океаническая кора состоит в основном из базальтовых пород.
    • Земная кора – это то место, где мы находим земную формы рельефа, такие как горы, долины и равнины, а также дно океана.
  2. Мантия:
    • Мантия расположена под земной корой и простирается на глубину около 1,800 миль (2,900 километров). Это самый толстый слой Земли.
    • Мантия состоит из твердых пород, преимущественно силикатных. полезные ископаемые. Несмотря на то, что мантия твердая, в геологических временных масштабах она ведет себя как очень вязкий или пластичный материал. Это свойство позволяет мантии течь медленно, что приводит к движению тектонических плит и связанному с ними движению. геологические явления как землетрясения и вулканы.
    • Тепло, выделяющееся из недр Земли, и распад радиоактивных элементов способствуют повышению температуры в мантии.
  3. Основные:
    • Ядро Земли разделено на две части: внешнее ядро ​​и внутреннее ядро.
    • Внешнее ядро:
      • Внешнее ядро ​​расположено под мантией, начиная с глубины около 1,800 миль (2,900 километров) и простираясь примерно до 3,500 километров под поверхностью.
      • В основном он состоит из расплавленных железо высокопоставленных никель. Высокие температуры и давления во внешнем ядре удерживают эти материалы в жидком состоянии.
      • Движение расплавленного железа во внешнем ядре отвечает за создание магнитного поля Земли посредством процесса геодинамо.
    • Внутреннее ядро:
      • Внутреннее ядро ​​расположено в самом центре Земли, начиная с глубины около 3,500 километров.
      • В основном он состоит из твердого железа и никеля. Несмотря на чрезвычайно высокие температуры на этой глубине, внутреннее ядро ​​остается твердым из-за огромного давления.
      • Твердая природа внутреннего ядра важна для понимания внутренней динамики Земли, в том числе того, как сейсмические волны пройти через него.

Структура Земли и взаимодействие между этими слоями ответственны за различные геологические явления, включая землетрясения, извержения вулканов и движение тектонических плит. Знание внутренней структуры Земли имеет решающее значение для понимания и прогнозирования этих природных явлений, а также для изучения истории и геологии планеты.

Что нужно знать о недрах Земли?

  • Невозможно узнать о недрах Земли путем прямых наблюдений из-за огромных размеров и изменчивости ее внутреннего состава.
  • Людям почти невозможно добраться до центра Земли (Радиус Земли составляет 6,370 км).
  • Благодаря горнодобывающим и буровым работам мы смогли непосредственно наблюдать недра Земли только на глубину в несколько километров.
  • Быстрое повышение температуры под поверхностью земли в основном является причиной ограничения прямых наблюдений внутри Земли.
  • Но все же, благодаря некоторым прямым и косвенным источникам, ученые имеют четкое представление о том, как выглядят недра Земли.

Источники информации о недрах Земли

Прямые источники:

  1. Камни из района добычи
  2. Извержения вулканов

Косвенные источники

  1. Анализируя скорость изменения температуры и давления от поверхности внутрь.
  2. Метеориты, так как они принадлежат к тому же типу материалов, из которых состоит земля.
  3. тяготение, что больше вблизи полюсов и меньше на экваторе.
  4. Гравитационная аномалия, которое представляет собой изменение значения силы тяжести в зависимости от массы материала, дает нам информацию о материалах в недрах Земли.
  5. Магнитные источники.
  6. Сейсмические волны: теневые зоны объемных волн (первичные и вторичные волны) дают нам информацию о состоянии материалов внутри.

Строение недр земли

Скорости сейсмических волн. 6км/с. Континентальный разлом. Корка. Литосфера. Океаническая кора. 7км/с. 8км/с. Верхняя мантия. Астеносфера. 7.8 км/с. Верхняя мантия. Мантия. Мезосфера. 13км/с. Мантия. Внешнее ядро. 8км/с. Внешнее ядро. Основной. Внутреннее ядро. 11км/с. Внутреннее ядро. Композиционный. Механический.

Структура недр земли принципиально делится на три слоя – кора, мантия и ядро.

Кора

  • Это самая внешняя твердая часть земли, обычно толщиной около 8-40 км.
  • Он хрупкий по своей природе.
  • Почти 1% объема Земли и 0.5% земной массы состоит из земной коры.
  • Мощность земной коры под океанической и континентальной областями различна. Океаническая кора тоньше (около 5 км) по сравнению с континентальной корой (около 30 км).
  • Основными составляющими элементами земной коры являются кремнезем (Si) и алюминий (Al), поэтому ее часто называют СИАЛ (Иногда SIAL используется для обозначения литосферы, которая также является областью, включающей кору и самую верхнюю твердую мантию).
  • Средняя плотность материалов в земной коре 3 г/см3.
  • Разрыв между гидросфера и земная кора называется Конрад Прерывистость.
Разрывы CONRAD и MOHO
Разрывы CONRAD и MOHO
 

Мантия

  • Часть внутренней части коры называется мантией.
  • Разрыв между кора и мантия называется Разрыв Мохоровича или разрыв Мохо.
  • Толщина мантии составляет около 2900 км.
  • Почти 84% объема Земли и 67% массы Земли занимает мантия.
  • Основными составляющими элементами мантии являются кремний и магний, поэтому ее также называют SIMA.
  • Плотность слоя выше корки и колеблется в пределах 3.3 – 5.4 г/см3.
  • Самая верхняя твердая часть мантии и вся кора составляют Литосфера.
  •  астеносфера (между 80-200 км) представляет собой очень вязкую, механически слабую и пластичную, деформирующуюся область верхней мантии, которая находится чуть ниже литосферы.
  • Астеносфера является основным источником магмы и представляет собой слой, по которому движутся литосферные/континентальные плиты (тектоника плит).
  • Разрыв между верхняя мантия и нижняя мантия известен как Прерывистость Репетти.
  • Часть мантии, расположенная чуть ниже литосферы и астеносферы, но выше ядра, называется мезосфера.

Основные

  • Это самый внутренний слой, окружающий центр земли.
  •  ядро отделено от мантии разрывом Гуттенберга.
  • Он состоит в основном из железа (Fe) и никеля (Ni), поэтому его еще называют НИФЕ.
  • Ядро составляет почти 15% объема Земли и 32.5% массы Земли.
  • Ядро — самый плотный слой земли, его плотность колеблется в пределах 9.5-14.5 г/см3.
  • Ядро состоит из двух подслоев: внутреннего ядра и внешнего ядра.
  • Внутреннее ядро ​​находится в твердом состоянии, а внешнее ядро ​​находится в жидком состоянии (или полужидком).
  • Разрыв между верхним ядром и нижним ядром называется Разрыв Лемана.
  • Барисфера иногда используется для обозначения ядра земли, а иногда и всего недра.

Состав Земли

Основные элементы и минералы в составе Земли:

  1. Кислород (О): Кислород является наиболее распространенным элементом в составе Земли, составляя примерно 46.6% земной коры по весу. Это важнейший компонент минералов и соединений, таких как силикаты и оксиды.
  2. Кремний (Si): Кремний — второй по распространенности элемент в земной коре, на его долю приходится около 27.7% ее состава. Это ключевой компонент различных силикатных минералов, которые являются основными строительными блоками земной коры.
  3. Алюминий (Ал): Алюминий составляет около 8.1% земной коры. Он часто встречается в таких минералах, как полевой шпат, боксити различные силикаты.
  4. Железо (Fe): Железо — еще один важный элемент в составе Земли, составляющий примерно 5% земной коры. Он содержится в различных минералах, в том числе гематит высокопоставленных магнетит.
  5. Кальций (Ca): Кальций составляет около 3.6% земной коры и обычно встречается в таких минералах, как кальцит высокопоставленных гипс.
  6. Натрий (Na) и калий (K): Натрий и калий вместе составляют около 2.8% земной коры. Эти элементы обычно встречаются в таких минералах, как полевой шпат.
  7. Магний (мг): Магний составляет около 2.1% земной коры и содержится в таких минералах, как оливин высокопоставленных змеевик.
  8. Титан (Ти): Титан составляет примерно 0.57% земной коры и присутствует в таких минералах, как ильменит высокопоставленных рутил.
  9. Водород (Н): Хотя водород не является основным компонентом земной коры, он является важным элементом в общем составе Земли, главным образом в форме воды (H2O).
  10. Другие элементы: Различные другие элементы, в том числе сера, углерод, фосфор и многие микроэлементы присутствуют в составе Земли в меньших количествах.

Распределение элементов в слоях Земли:

  1. Корочка: Земная кора состоит в основном из силикатных минералов, в том числе кварцполевой шпат, маленькийи различные виды камней. Кремний и кислород — наиболее распространенные элементы в земной коре, составляющие основу этих минералов.
  2. Мантия: Мантия состоит в основном из силикатных минералов с преобладающими элементами железа и магния. Оливин, пироксены и гранат — распространенные минералы, встречающиеся в мантии.
  3. Внешнее ядро: Внешнее ядро ​​состоит в основном из жидкого железа и никеля. Этот слой отвечает за генерацию магнитного поля Земли, доминирующим элементом которого является железо.
  4. Внутреннее ядро: Внутреннее ядро ​​состоит из твердого железа и никеля. Несмотря на чрезвычайно высокие температуры, сильное давление удерживает эти элементы в твердом состоянии.

Распределение элементов в слоях Земли является результатом дифференциации и разделения материалов в ранней истории Земли. Слоистое строение Земли является следствием физических и химических процессов, происходивших на протяжении миллиардов лет, включая планетарную аккрецию, дифференциацию и геологическую активность.

Температура, давление и плотность недр Земли

Температура

  • Повышение температуры с увеличением глубины наблюдается в шахтах и ​​глубоких колодцах.
  • Эти свидетельства вместе с расплавленной лавой, извергнутой из недр земли, подтверждают, что температура увеличивается по направлению к центру земли.
  • Различные наблюдения показывают, что скорость повышения температуры неравномерна от поверхности к центру Земли. Где-то быстрее, где-то медленнее.
  • Вначале эта скорость повышения температуры составляет в среднем 1°С на каждые 32 м увеличения глубины.
  • В то время как в верхних 100 км повышение температуры составляет 12°С на км, а на следующих 300 км — 20°С на км. Но при дальнейшем углублении эта скорость снижается всего до 10С на км.
  • Таким образом, предполагается, что скорость повышения температуры под поверхностью уменьшается к центру (не путайте скорость повышения температуры с повышением температуры. Температура всегда увеличивается от поверхности земли к центру).
  • Температура в центре оценивается где-то между 3000C и 5000C, может быть намного выше из-за химических реакций в условиях высокого давления.
  • Даже при такой высокой температуре материалы в центре Земли находятся в твердом состоянии из-за сильного давления вышележащих материалов.

Давление

  • Так же, как и температура, давление также увеличивается от поверхности к центру земли.
  • Это связано с огромным весом вышележащих материалов, таких как камни.
  • Подсчитано, что в более глубоких частях давление чрезвычайно велико, оно будет почти в 3-4 миллиона раз больше, чем давление атмосферы на уровне моря.
  • При высокой температуре материалы под ними будут плавиться по направлению к центральной части земли, но из-за сильного давления эти расплавленные материалы приобретают свойства твердого тела и, вероятно, находятся в пластическом состоянии.

Плотность

  • Из-за увеличения давления и присутствия более тяжелых материалов, таких как никель и железо, ближе к центру, плотность земных слоев также увеличивается к центру.
  • Средняя плотность слоев увеличивается от коры к ядру и в самом центре составляет около 14.5 г/см3.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли — важнейшая и сложная особенность, окружающая нашу планету. Он играет значительную роль в нашей повседневной жизни и выполняет несколько важных функций. Вот обзор магнитного поля Земли:

1. Генерация магнитного поля Земли:

  • Магнитное поле Земли в основном создается движением расплавленного железа и никеля во внешнем ядре планеты. Этот процесс известен как геодинамо.
  • Геодинамо приводится в движение теплом, образующимся в результате распада радиоактивных изотопов в недрах Земли и охлаждения ядра.

2. Магнитная полярность:

  • Магнитное поле Земли имеет северный и южный магнитные полюса, похожие на стержневой магнит. Однако эти магнитные полюса не совпадают с географическими Северным и Южным полюсами.
  • Положения и ориентации магнитных полюсов Земли могут меняться с течением геологического времени, и эти изменения полярности фиксируются в горных породах как «магнитные полосы».

3. Компоненты магнитного поля:

  • Магнитное поле Земли характеризуется силой, наклоном и склонением.
  • Магнитная сила: Это представляет собой интенсивность магнитного поля в определенном месте на поверхности Земли.
  • Наклон: Это относится к углу, под которым линии магнитного поля пересекают поверхность Земли, варьирующемуся от почти вертикального на магнитных полюсах до горизонтального на экваторе.
  • Склонение: Это угол между истинным севером (географическим севером) и магнитным севером.

4. Функция и важность магнитного поля:

  • Магнитное поле Земли имеет несколько важных функций и преимуществ:
    • Он служит защитным щитом, отражающим вредные заряженные частицы Солнца, такие как солнечный ветер и космические лучи. Этот щит известен как магнитосфера и помогает защитить атмосферу и жизнь на Земле.
    • Он обеспечивает навигацию и ориентацию мигрирующим животным, в том числе птицам и морским черепахам, которые используют магнитное поле в качестве компаса.
    • Компасы полагаются на магнитное поле Земли для навигации и ориентации.
    • Магнитное поле используется в различных научных и геологических исследованиях, включая палеомагнетизм (изучение древних магнитных полей, зафиксированных в горных породах), для понимания истории Земли и движения тектонических плит.
    • Магнитное поле имеет важное значение для современных технологий, включая магнитно-резонансную томографию (МРТ) в медицине и различные применения в геофизических исследованиях.

5. Изменения магнитного поля Земли:

  • Магнитное поле Земли не является постоянным и может претерпевать изменения с течением времени, включая вековые вариации (постепенные изменения) и геомагнитные инверсии (перевороты магнитной полярности).
  • Исследователи следят за этими изменениями, и недавние наблюдения показали, что Северный магнитный полюс смещается быстрее, чем в прошлом.

Понимание магнитного поля Земли необходимо по различным научным, технологическим и экологическим причинам. Он является неотъемлемой частью геологии планеты и играет жизненно важную роль в поддержании условий, необходимых для жизни на Земле.

Рекомендации

Джиджо Сударсан ,Недра Земли: кора, мантия и ядро ​​(2018), https://www.clearias.com/interior-of-the-earth/