Реклама на портале

Какие слои имеет внутреннее строение земли. Из чего состоит Земля: внутреннее и внешнее строение

Верхний слой Земли, дающий жизнь обитателям планеты, - всего лишь тоненькая оболочка, покрывающая многокилометровые внутренние пласты. О скрытом строении планеты известно немногим больше, чем о космическом пространстве. Самая глубокая Кольская скважина, пробуренная в земной коре для изучения ее слоев, имеет глубину 11 тысяч метров, но это всего лишь четырехсотая часть расстояния до центра земного шара. Получить представление о происходящих внутри процессах и создать модель устройства Земли может лишь сейсмический анализ.

Внутренние и внешние слои Земли

Строение планеты Земля - это неоднородные слои внутренних и внешних оболочек, которые отличаются по составу и выполняемой роли, но тесно связаны между собой. Внутри земного шара расположены такие концентрические зоны:

  • Ядро - радиусом 3500 км.
  • Мантия - примерно 2900 км.
  • Земная кора - в среднем 50 км.

Внешние слои земли составляют газовую оболочку, которую называют атмосферой.

Центр планеты

Центральная геосфера Земли - это ее ядро. Если поставить вопрос о том, какой слой Земли изучен практически меньше всех, то ответом будет - ядро. Точные данные о его составе, структуре и температуре получить не представляется возможным. Все сведения, которые публикуются в научных трудах, достигнуты путем геофизических, геохимических методов и математических расчетов и представлены широкой публике с оговоркой «предположительно». Как показывают результаты анализа сейсмических волн, земное ядро состоит из двух частей: внутренней и внешней. Внутреннее ядро - наиболее неизученная часть Земли, так как сейсмические волны не достигают его пределов. Внешнее ядро представляет собой массу из раскаленного железа и никеля, с температурой около 5 тысяч градусов, которая постоянно находится в движении и является проводником электричества. Именно с такими его свойствами связывают происхождение магнитного поля Земли. Состав внутреннего ядра, по мнению ученых, более разнообразен и дополнен еще и более легкими элементами - серой, кремнием, возможно, и кислородом.

Мантия

Геосферу планеты, которая соединяет центральный и верхний слои Земли, называют мантией. Именно этот слой составляет около 70 % массы земного шара. Нижняя часть магмы - это оболочка ядра, его внешняя граница. Сейсмический анализ показывает здесь резкий скачок в плотности и скорости продольных волн, что говорит о вещественном изменении состава породы. Состав магмы - смесь тяжелых металлов, в которых преобладают магний и железо. Верхняя часть слоя, или астеносфера, представляет собой подвижную, пластичную, мягкую массу с высокой температурой. Именно это вещество пробивается через земную кору и выплескивается на поверхность в процессе извержения вулканов.

Толщина слоя магмы в мантии от 200 до 250 километров, температура - около 2000 о С. От нижнего шара земной коры мантию отделяет слой Мохо, или граница Мохоровичича, сербского ученого, который определил резкое изменение скорости сейсмических волн в этой части мантии.

Жесткая оболочка

Как называется слой Земли, который является самым твердым? Это - литосфера, оболочка, которая связывает мантию и земную кору, находится она над астеносферой, и зачищает поверхностный слой от ее горячего влияния. Основная часть литосферы входит в состав мантии: из всей толщины от 79 до 250 км, на земную кору приходится 5-70 км, в зависимости от места расположения. Литосфера неоднородна, она разделена на литосферные плиты, которые находятся в постоянном медленном движении, то расходясь, то приближаясь друг к другу. Такие колебания литосферных плит называют тектоническим движением, именно быстрые их толчки вызывают землетрясения, расколы земной коры, выплескивание магмы на поверхность. Перемещение литосферных плит ведет к образованию желобов или возвышенностей, застывшая магма образует горные хребты. Плиты не имеют постоянных границ, они соединяются и разделяются. Территории поверхности Земли, над разломами тектонических плит - это места повышенной сейсмической активности, где чаще, чем в других происходят землетрясения, извержения вулканов, образуются полезные ископаемые. На данное время зафиксировано 13 литосферных плит, самые большие из них: Американская, Африканская, Антарктическая, Тихоокеанская, Индо-Австралийская и Евроазиатская.

Земная кора

По сравнению с другими слоями, земная кора - самый тонкий и хрупкий пласт из всей земной поверхности. Слой, в котором живут организмы, который наиболее других насыщен химическими веществами и микроэлементами, составляет всего 5 % общей массы планеты. Земная кора на планете Земля имеет две разновидности: континентальная или материковая и океаническая. Материковая кора более твердая, состоит из трех пластов: базальтового, гранитного и осадочного. Океаническое дно составляют базальтовый (основной) и осадочный слои.

  • Базальтовые породы - это магматические окаменения, самые плотные из пластов земной поверхности.
  • Гранитный слой - отсутствует под океанами, на суше может приближаться к толщине в несколько десятков километров гранитных, кристаллических и других подобных пород.
  • Осадочный пласт образовался в процессе разрушения горных пород. В нем местами содержатся залежи полезных ископаемых органического происхождения: каменный уголь, поваренная соль, газ нефть, известняк, мел, соли калия и другие.

Гидросфера

Характеризуя слои поверхности Земли нельзя не упомянуть о жизненно важной водяной оболочке планеты, или гидросфере. Водный баланс на планете поддерживают океанические воды (основная водяная масса), подземные воды, ледники, материковые воды рек, озер и других водоемов. 97 % всей гидросферы приходится на соленую воду морей и океанов, и лишь 3 % - пресная питьевая вода, из которой основная масса находится в ледниках. Ученые предполагают, что количество воды на поверхности со временем будет увеличиваться за счет глубинных шаров. Гидросферные массы находятся в постоянном кругообороте, переходят из одного состояния в другое и тесно взаимодействуют с литосферой и атмосферой. Гидросфера оказывает большое влияние на все земные процессы, развитие и жизнедеятельность биосферы. Именно водяная оболочка стала средой для зарождения жизни на планете.

Почва

Самый тонкий плодородный слой Земли под названием почва, или грунт, вместе с водяной оболочкой имеет самую большую значимость для существования растений, животных и человека. Возник этот шар на поверхности в результате размывания горных пород, под действием органических процессов разложения. Перерабатывая остатки жизнедеятельности, миллионы микроорганизмов создали слой перегноя - самый благоприятный для посевов всевозможных наземных растений. Один из важных показателей высокого качества почвы - плодородие. Самыми плодородными считаются почвы с равным содержанием песка, глины и гумуса, или суглинки. Глинистые, каменистые и песчаные почвы относятся к наименее пригодным для земледелия.

Тропосфера

Воздушная оболочка Земли вращается вместе с планетой и неразрывно связана со всеми процессами, происходящими в земных пластах. Нижняя часть атмосферы через поры проникает глубоко в тело земной коры, верхняя постепенно соединяется с космосом.

Слои атмосферы Земли неоднородны по своему составу, плотности и температуре.

На расстоянии 10 - 18 км от земной коры простирается тропосфера. Эта часть атмосферы нагревается от земной коры и воды, поэтому с высотой становится все холоднее. Понижение температуры в тропосфере происходит приблизительно на полградуса каждые 100 метров, и в наивысших точках достигает от -55 до -70 градусов. Эта часть воздушного пространства занимает самую значительную долю - до 80 %. Именно здесь формируется погода, собираются бури, облака, формируются осадки и ветры.

Высокие слои

  • Стратосфера - озоновый слой планеты, который поглощает ультрафиолетовое излучение Солнца, не давая ему погубить все живое. Воздух в стратосфере разрежен. Озон сохраняет стабильную температуру в этой части атмосферы от - 50 до 55 о С. В стратосфере незначительная часть влаги, поэтому облака и осадки для нее не характерны, в отличие от значительных по скорости воздушных течений.
  • Мезосфера, термосфера, ионосфера - воздушные слои Земли над стратосферой, в которых наблюдается снижение плотности и температуры атмосферы. Слой ионосферы - место возникновения свечения заряженных газовых частиц, которые именуют полярным сиянием.
  • Экзосфера - сфера рассеивания газовых частиц, размытая граница с космосом.

Внутреннее строение Земли

Земля на ранних этапах формирования представляла собой холодное космическое тело, содержащее все известные в природе химические элементы. Атмосферы и гидросферы не существовало, поверхность планеты была совершенно безжизненна. Но постепенно за счет гравитационных сил, энергии распада радиоактивных элементов и лунных приливов недра Земли стали разогреваться. Когда температура недр достигла уровня плавления окислов железа и других соединений, начались активные процессы формирования ядра и основных оболочек планеты.

Общим процессом формирования оболочек Земли, согласно гипотезе академика А.П. Виноградова, было зонное плавление в мантии, располагающейся вокруг ядра. При этом тугоплавкие и тяжелые элементы погружались вниз, образуя и наращивая ядро, а легкоплавкие и легкие по массе элементы поднимались вверх, образуя земную кору и литосферу.

Земля имеет оболочечное строение. Установить внутреннее строение Земли удалось сейсмическим методом исследования. При прохождении сквозь тело Земли сейсмических волн (продольных и поперечных) скорости их на некоторых глубинных уровнях заметно меняются (причем скачкообразно), что свидетельствует об изменении свойств среды, проходимой волнами. Продольные волны связаны с напряжениями растяжения (или сжатия), ориентированными по направлению их распространения; поперечные волны вызывают колебания среды, ориентированные под прямым углом к направлению их распространения (в жидкой среде не распространяются).

Земная кора – первая оболочка твердого тела Земли, имеет мощность 30–40 км. По объему она составляет 1,2 % объема Земли, по массе – 0,4%, средняя плотность равна 2,7 г/см 3 . Состоит преимущественно из гранитов, осадочные породы в ней имеют подчиненное значение. Гранитная оболочка, в составе которой огромную роль играют кремний и алюминий, называется «сиалической» («сиаль»). От мантии земная кора отделена сейсмическим разделом, названным границей Мохо , по фамилии сербского геофизика А. Мохоровичича (1857–1936). Здесь происходит скачок скоростей продольных сейсмичеких волн примерно до 8 км/с (рис. 4). Эта граница четкая и наблюдается во всех местах Земли на глубинах от 5 до 90 км. Раздел Мохо не является просто границей между породами различного типа, а представляет собой плоскость фазового перехода между эклогитами и габбро мантии и базальтами земной коры. При переходе из мантии в кору давление падает, габбро переходят в базальты (кремний + магний – «сима»). Переход сопровождается увеличением объема на 15 % и, соответственно, уменьшением плотности. Поверхность Мохо считают нижней границей земной коры. Важная особенность этой поверхности состоит в том, что она в общих чертах представляет собой как бы зеркальное отражение рельефа земной поверхности: под океанами она выше, под континентальными равнинами ниже, под наиболее высокими горами опускается ниже всего (это так называемые корни гор).

Мантия по объему составляет 83 % объема Земли и 68 % ее массы. Предполагается, что она сложена расплавленной силикатной массой, насыщенной газами. Скорости распространения продольных и поперечных волн в нижней части мантии возрастают, соответственно, до 13 и 7 км/с (см. рис.4). Плотность вещества возрастает до 5,7 г/см 3 . На границе с ядром температура увеличивается до 3800º С, давление – до 1,4·10 11 Па. Выделяют верхнюю мантию до глубины 900 км и нижнюю – до 2900 км. В верхней мантии на глубине 150–200 км присутствует астеносферный слой. Астеносфера (греч. asthenes – слабый) – слой пониженной твердости и прочности в верхней мантии Земли. Астеносфера – основной источник магмы, в ней располагаются очаги питания вулканов и происходит перемещение литосферных плит.

Ядро занимает 16 % объема и 31 % массы планеты. Температура в нем достигает 5000 0 С, давление – 37 х 10 11 Па, плотность – 16 г/см 3 . Ядро делится на внешнее (до глубины 5100 км), находящееся в жидком состоянии, и внутреннее – твердое. Во внешнем ядре скорость распространения продольных волн падает до 8 км/с, а поперечные волны не распространяются вовсе, что принимается за доказательство его жидкого состояния. Глубже 5100 км скорость распространения продольных волн возрастает и вновь проходят поперечные волны (см. рис. 4). Внешнее ядро состоит из железа или металлизованных силикатов, внутреннее – железоникелевое. В ядре Земли происходит металлизация вещества, обусловливая образование электрических токов и магнитосферы.

Земной магнетизм

Вокруг Земли существуют разнообразные поля, наиболее существенное влияние на ГО оказывают гравитационное и магнитное.

Гравитационное поле на Земле – это поле силы тяжести. Сила тяжести – равнодействующая сила между силой притяжения и центробежной силой, возникающей при вращении Земли. Центробежная сила достигает максимума на экваторе, но и здесь она мала и составляет 1/288 от силы тяжести. Сила тяжести на земле в основном зависит от силы притяжения, на которую оказывает влияние распределение масс внутри Земли и на поверхности. Сила тяжести действует повсеместно на земле и направлена по отвесу к поверхности геоида. Напряженность гравитационного поля равномерно уменьшается от полюсов к экватору (на экваторе больше центробежная сила), от поверхности вверх (на высоте 36 000 км равна нулю) и от поверхности вниз (в центре Земли сила тяжести равна нулю).

Нормальным гравитационным полем Земли называется такое поле, которое было бы у Земли, если бы она имела форму эллипсоида с равномерным распределением масс. Напряженность реального поля в конкретной точке отличается от нормального, возникает аномалия гравитационного поля. Аномалии могут быть положительными и отрицательными: горные хребты создают дополнительную массу и должны вызывать положительные аномалии, океанические впадины, наоборот – отрицательные. Но на самом деле земная кора находится в изостатическом равновесии.

Изостазия (от греч. isostasios – равный по весу) – уравновешивание твердой, относительно легкой земной коры более тяжелой верхней мантией. Теория равновесия была выдвинута в 1855 г. английским ученым Г.Б. Эйри. Благодаря изостазии избытку масс выше теоретического уровня равновесия соответствует недостаток их внизу. Это выражается в том, что на определенной глубине (100–150 км) в слое астеносферы вещество перетекает в те места, где имеется недостаток масс на поверхности. Только под молодыми горами, где еще полностью компенсация не произошла, наблюдаются слабые положительные аномалии. Однако равновесие непрерывно нарушается: в океанах происходит отложение наносов, под их тяжестью дно океанов прогибается. С другой стороны, горы разрушаются, высота их уменьшается, значит, уменьшается и масса.

Гравитационное поле Земли для ее природы имеет чрезвычайно важное значение:

1. Сила тяжести создает фигуру Земли, она является одной из ведущих эндогенных сил. Благодаря ей, выпадают атмосферные осадки, текут реки, формируются горизонты подземных вод, наблюдаются склоновые процессы. Давление масс вещества, реализующееся в процессе гравитационной дифференциации в нижней мантии, наряду с радиоактивным распадом порождает тепловую энергию – источник внутренних (эндогенных) процессов, перестраивающих литосферу.

2. Земное тяготение уплотнило внутреннее вещество Земли и, независимо от его химического состава, сформировало плотное ядро.

3. Главным в истории планеты с геофизической точки зрения является процесс гравитационной дифференциации вещества – расслоение в соответствии с его плотностью в поле силы тяжести. В результате такого расслоения возникли геосферы, каждая из которых сложена веществом одного агрегатного состояния и сходной плотности.

4. Сила тяжести удерживает газовую и водную оболочки планеты. Атмосферу планеты покидают только самые легкие молекулы водорода и гелия.

5. Сила тяжести обуславливает стремление земной коры к изостатическому равновесию. Силой тяжести объясняется максимальная высота гор; считается, что на нашей Земле не может быть гор выше 9 км.

6. Астеносфера – размягченный теплом слой, допускающий движение литосферы, тоже функция силы тяжести, поскольку расплавление вещества происходит при благоприятном соотношении количества тепла и величины сжатия (давления).

7. Шаровая фигура гравитационного поля определяет два основных вида форм рельефа на земной поверхности – конические и равнинные, которые соответствуют двум универсальным формам симметрии – конической и билатеральной.

8. Направление силы тяжести к центру Земли, помогает животным удерживать вертикальное положение.

Тепловой режим поверхностного слоя земной коры (в среднем до 30 м) имеет температуру, определяемую солнечным теплом. Это гелиометрический слой , испытывающий сезонные колебания температуры. Ниже – еще более тонкий горизонт постоянной температуры (около 20 м), соответствующий среднегодовой температуре места наблюдения. Ниже постоянного слоя температура с глубиной нарастает – геотермический слой . Для количественного определения величины этого нарастания двумя взаимно связанными понятиями. Изменение температуры при углублении в землю на 100 м называется геотермическим градиентом . Его величина колеблется от 0,1 до 0,01º С/м и зависит от состава горных пород, условий их залегания. Расстояние по отвесу, на которое необходимо углубиться, чтобы получить повышение температуры на 1º, называется геотермической ступенью (колеблется от 10 до 100 м/ºС).

Земной магнетизм – свойство Земли, обусловливающее существование вокруг нее магнитного поля, вызванного процессами, происходящими на границе ядро – мантия. Впервые о том, что Земля – магнит, человечество узнало благодаря работам У. Гильберта.

Магнитосфера – область околоземного пространства, заполненная заряженными частицами, движущимися в магнитном поле Земли. Она отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Это внешняя граница магнитосферы. В основе образования магнитного поля лежат внутренние и внешние причины. Постоянное магнитное поле образуется благодаря электрическим токам, возникающим во внешнем ядре планеты. Солнечные корпускулярные потоки образуют переменное магнитное поле Земли. Наглядное представление о состоянии магнитного поля Земли дают магнитные карты. Магнитные карты составляются на пятилетний срок – магнитную эпоху.

Нормальное магнитное поле было бы у Земли, будь она однородно намагниченным шаром. Земля в первом приближении представляет собой магнитный диполь – стержень, концы которого имеют противоположные магнитные полюса. Места пересечения магнитной оси диполя с земной поверхностью называются геомагнитными полюсами . Геомагнитные полюса не совпадают с географическими и медленно движутся со скоростью 7–8 км/год. Отклонения реального магнитного поля от нормального (теоретически рассчитанного) называются магнитными аномалиями. Они могут быть мировыми (Восточно-Сибирский овал), региональными (КМА) и локальными, связанными с близким залеганием к поверхности магнитных пород.

Магнитное поле характеризуется тремя величинами: магнитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью. Магнитное склонение – угол между географическим меридианом и направлением магнитной стрелки. Склонение бывает восточным (+), если северный конец стрелки компаса отклоняется к востоку от географического меридиана, и западным (–), когда стрелка отклоняется к западу. Магнитное наклонение – угол между горизонтальной плоскостью и направлением магнитной стрелки, подвешенной на горизонтальной оси. Наклонение положительное, когда северный конец стрелки смотрит вниз, и отрицательное, если северный конец направлен вверх. Магнитное наклонение изменяется от 0 до 90º. Сила магнитного поля характеризуется напряженностью. Напряженность магнитного поля небольшая составляет на экваторе 20–28 А/м, на полюсе – 48–56 А/м.

Магнитосфера имеет каплевидную форму (рис. 5). На стороне, обращенной к Солнцу, ее радиус равен 10 радиусам Земли, на ночной стороне под влиянием «солнечного ветра» увеличивается до 100 радиусов.

Рис.5. Каплевидная форма магнитосферы Земли

Форма обусловлена воздействием солнечного ветра, который, наталкиваясь на магнитосферу Земли, обтекает ее. Заряженные частицы, достигая магнитосферы, начинают двигаться по магнитным силовым линиям и образуют радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс состоит из протонов, имеет максимальную концентрацию на высоте 3500 км над экватором. Внешний пояс образован электронами, простирается до 10 радиусов. У магнитных полюсов высота радиационных поясов уменьшается, здесь возникают области, в которых заряженные частицы вторгаются в атмосферу, ионизируя газы атмосферы и вызывая полярные сияния.

Географическое значение магнитосферы очень велико: она защищает Землю от корпускулярного солнечного и космического излучения. С магнитными аномалиями связан поиск полезных ископаемых. Магнитные силовые линии помогают ориентироваться в пространстве туристам, кораблям.

Вспомните! Что вы знаете о внутреннем строении Земли, о типах строения земной коры? Что такое платформы и геосинклинали? В чем различия древних и молодых платформ? По карте «Строение земной коры» в атласе «География материков и океанов» определите закономерности расположения древних платформ и складча­тых поясов разного возраста. Что вы знаете о рельефе, горах и равнинах, под влиянием каких процессов формируется рельеф Земли?

Земля имеет сложное внутреннее строение. О строении Земли судят главным образом на основании сейсмических данных - по скорости прохождения волн, возникающих при землетрясениях. Непосредственные наблюдения возможны лишь на небольшую глу­бину: самые глубокие скважины прошли чуть более 12 км земной толщи (Кольская сверхглубокая).

В строении Земли выделяют три основных слоя (рис. 15): земную кору, мантию и ядро.

Рис. 15. Внутреннее строение Земли:

1 - земная кора, 2 - мантия, 3 - астеносфера, 4 - ядро

Земная кора в масштабе Земли это тонкая пленка. Ее средняя мощность около 35 км.

Мантия распространяется до глубины 2900 км. Внутри мантии на глубине 100-250 км под континентами и 50-100 км под океанами начинается слой повышенной пластичности вещества, близ­кой к плавлению, так называе­мая астеносфера. Подошва астеносферы находится на глубинах порядка 400 км. Земная кора вместе с верх­ним твердым слоем мантии над астеносферой называет­ся литосферой (от греч. lithos - камень). Литосфера в отличие от астеносферы относительно хрупкая обо­лочка. Она разбита глубинными разломами на крупные блоки, называемые литосферньши плитами. Плиты медленно перемеща­ются по астеносфере в горизонтальном направлении.

Ядро находится на глубинах от 2900 до 6371 км, т. е. радиус ядра занимает более половины радиуса Земли. Предполагают, по данным сейсмологии, что во внешней части ядра вещества нахо­дятся в расплавленном подвижном состоянии и что в нем из-за вращения планеты возникают электрические токи, которые созда­ют магнитное поле Земли; внутренняя часть ядра - твердая.

С глубиной нарастает давление и температура, которая в ядре, по расчетам, около 5000°С.

Слои Земли имеют разный вещественный состав, что связывают с дифференциацией первичного холодного вещества планеты в условиях его сильного разогрева и частичного расплавления. Предполагают, что при этом более тяжелые элементы (железо, никель и др.) «тонули», а относительно легкие (кремний, алюми­ний) «всплывали». Первые образовали ядро, вторые - земную ко­ру. Из расплава одновременно выделялись газы и пары воды, кото­рые сформировали первичную атмосферу и гидросферу.



Возраст Земли и геологическое летосчисление

Абсолютный возраст Земли, по современным представлениям, принимается равным 4,6 млрд. лет. Возраст древнейших пород Земли - гранито-гнейсов, обнаруженных на суше, около 3,8- 4,0 млрд. лет.

О событиях геологического прошлого в их хронологической последовательности дает представление единая международная геохронологическая шкала (табл. 1). Ее основными временными подразделениями являются эры: архейская, протерозойская, пале­озойская, мезозойская, кайнозойская. Древнейший интервал геологического времени, включающий архей и протерозой, называ­ется докембрием. Он охватывает громадный период времени - почти 90 % всей геологической истории Земли. Далее выделена палеозойская («древняя жизнь») эра (от 570 до 225-230 млн. лет назад), мезозойская («средняя жизнь») эра (от 225-230 до 65-67 млн. лет назад) и кайнозойская («новая жизнь») эра (от 65-67 млн. лет назад до наших дней). Внутри эр выделяются меньшие временные отрезки - периоды.

Н. Келдер в книге «Беспокойная Земля» (М., 1975) для наг­лядного представления о геологическом времени дает такое инте­ресное сравнение: «Если мы условно примем мегастолетие (10 8 лет) за один год, то возраст нашей планеты окажется равным 46 годам. О первых семи годах ее жизни биографам ничего не известно. Сведения же, относящиеся к более позднему «детству», зафиксированы в древнейших породах Гренландии и Южной Аф­рики... Большая часть сведений из истории Земли, в том числе и о таком важном моменте, как возникновение жизни, относится к последним шести годам... До 42-летнего возраста ее континенты были практически безжизненны. На 45-м году жизни-всего лишь год назад - Земля украсилась пышной растительностью. В то время среди

Таблица 1.

Геохронологическая шкала

Эра
(продолжитель-­ Периоды Складчатость Типичные организмы
ность, млн. лет)
Кайнозойская Четвертичный Появление человека
(65+3) Неогеновый Кайнозойская Расцвет фауны мле­-
(альпийская) копитающих и птиц
Палеогеновый Расцвет покрыто­
семенных растений
Мезозойская Меловой Мезозойская Появление птиц
(170+5) Юрский Расцвет гигантских
пресмыкающихся
Триасовый Расцвет голосемен­-
ных растений
Палеозойская Пермский Позднепалео- Морские кораллы,
(340+10) зойская (герцин- трилобиты, крупные
ская) земноводные
Каменноуголь-­
ный
Девонский Раннепалео- Расцвет плауновых
Силурийский зойская (кале- и папоротников
донская)
Ордовикский
Кембрийский
Байкальская
Протерозой Синезеленые водо­- росли, примитивные морские животные
(~2000) Общепринятых
подразделений
Архей нет
(~ 2000)

животных господствовали гигантские рептилии, в частности динозавры. Примерно на этот же период приходится и начало распада последнего гигантского суперконтинента.

Динозавры исчезли с лика Земли восемь месяцев назад. На смену им пришли более высокоорганизованные животные - млеко­питающие. Где-то в середине прошлой недели на территории Африки произошло превращение некоторых человекообразных обезьян в обезьяноподобных людей, а в конце той же недели на Землю обрушилась серия последних грандиозных оледенении. Про­шло немногим более четырех часов с тех пор, как новый род высокоорганизованных животных, известный в дальнейшем как Homo sapiens, начал добывать себе пропитание охотой на диких зверей; и всего лишь час насчитывает его опыт ведения сельского хозяйства и переход к оседлому образу жизни. Расцвет же инду­стриальной мощи человеческого общества приходится на послед­нюю минуту...».

Состав и строение земной коры

Земная кора состоит из магматических, осадочных и метамор­фических горных пород. Магматические породы образуются при извержении магмы из глубинных зон Земли и ее затвердении. Если магма внедряется в земную кору и медленно застывает в условиях высокого давления на глубине, образуются интрузивные горные породы (гранит, габбро и др.), при излиянии ее, и быст­ром застывании на поверхности - эффузивные (базальт, вулкани­ческий туф и др.). С магматическими породами связаны многие полезные ископаемые: титано-магниевые, хромовые, медно-никелевые и другие руды, апатиты, алмазы и др.

Осадочные породы образуются непосредственно на земной по­верхности разными путями: либо за счет жизнедеятельности орга­низмов - органогенные породы (известняк, мел, каменный уголь и др.), либо при разрушении и последующем отложении разных горных пород - обломочные породы (глина, песок, валунные су­глинки и др.), либо за счет химических реакций, происходящих обычно в водной среде, - породы химического происхождения (бокситы, фосфориты, соли, руды некоторых металлов и др.). Многие осадочные породы являются ценными полезными иско­паемыми: нефть, газ, угли, торф, бокситы, фосфориты, соли, руды железа и марганца, разнообразные строительные материалы и др.

Метаморфические породы возникают в результате изменения (метаморфизма) различных горных пород, оказавшихся на глу­бине, под влиянием высоких температур и давления, а также горячих растворов и газов, поднимающихся из мантии (гнейс, мрамор, кристаллические сланцы и др.). В процессе метаморфизма горных пород образуются разнообразные полезные ископаемые: железные, медные, полиметаллические, урановые и другие руды, золото, графит, драгоценные камни, огнеупоры и т. д.

Земная кора сложена в основном кристаллическими породами магматического и метаморфического происхождения. Однако она неоднородна по составу, строению и мощности. Различают два основных типа земной коры: материковую и океанскую. Первая свойственна материкам (континентам), включая их подводные окраины до глубины 3,5-4,0 км ниже уровня Мирового океана, вторая - океаническим котловинам (ложу океана).

Материковая земная кора состоит из трех слоев: осадочного мощностью 20-25 км, гранитного (гранитно-гнейсового) и ба­зальтового. Ее общая мощность около 60-75 км в горных райо­нах, 30-40 км - на равнинах.

Океанская земная кора тоже трехслойная. Сверху залегает маломощный (в среднем около 1 км) слой рыхлых морских осадков кремнисто-карбонатного состава. Под ним слой из базаль­товых лав. Гранитного слоя между осадочным и базальтовым слоями нет (в отличие от материковой коры), что подтверждается многочисленными буровыми скважинами. Третий слой (по данным драгировок) состоит из магматических пород - преимущественно габбро. Общая мощность океанской земной коры в среднем 5- 7 км. Местами на дне Мирового океана (обычно вдоль крупных разломов) на поверхность выступают даже породы верхней мантии.Ими же сложен остров Сан-Паулу у берегов Бра­зилии.

Таким образом, океанская кора и по составу, и по мощности, а также по возрасту (она не старше 160-180 млн. лет) существен­но отличается от материковой. Наряду с этими двумя основными типами земной коры существует несколько вариантов коры пере­ходного типа.

Материки, включая их подводные окраины, и океаны являются самыми крупными структурными элементами земной коры. В их пределах основная площадь принадлежит спокойным платформен­ным участкам, меньшая - подвижным геосинклинальным поясам (геосинклиналям). Эволюция структуры земной коры шла в основ­ном от геосинклиналей к платформам. Но частично этот процесс оказывается обратимым за счет образования рифтов (rift - англ., трещина, разлом) на платформах, их дальнейшего раскры­тия (например, Красное море) и превращения в океан.

Геосинклинали - обширные подвижные сильно расчлененные участки земной коры с разнообразными по интенсивности и на­правленности тектоническими движениями. В развитии геосинкли­налей различают два крупных этапа.

Первый - основной по продолжительности этап - характери­зуется погружением и морским режимом. При этом в глубоком морском бассейне, предопределенном глубинными разломами, на­капливается мощная (до 15-20 км) толща осадочных и вулкани­ческих горных пород. Излияние лав, а также внедрение и застыва­ние на разных глубинах магмы наиболее характерно для внутрен­них частей геосинклиналей. Здесь же энергичнее проявляется и метаморфизм, а впоследствии складчатость. В окраинных частях геосинклинали накапливаются преимущественно осадочные толщи, магматизм ослаблен или даже отсутствует.

Второй этап развития геосинклиналей - меньший по продол­жительности - характеризуется интенсивными восходящими дви­жениями, которые новейшие тектонические гипотезы связывают со сближением и столкновением литосферных плит. Из-за бокового давления происходит энергичное смятие пород в сложные складки и внедрение магмы с образованием главным образом гранита. При этом первичная тонкая океанская кора, благодаря различным де­формациям горных пород, магматизму, метаморфизму и другим процессам, превращается в более сложную по составу, мощную и жесткую континентальную (материковую) земную кору. В резуль­тате поднятия территории море отступает, сначала образуются архипелаги вулканических островов, а потом сложная складчатая горная страна.

В дальнейшем на протяжении десятков - сотен миллионов лет горы разрушаются, участок земной коры на значительной площади покрывается чехлом осадочных пород и превращается в плат­форму.

Платформы - обширные наиболее устойчивые, преимущест­венно равнинные блоки земной коры. Обычно они имеют непра­вильную многоугольную форму, обусловленную крупными разло­мами. Платформы обладают типично континентальной или океаниче­ской земной корой, и соответственно разделяются на материковые и океанские. Им отвечают основные, равнинные ступени рельефа земной поверхности на суше и дне океана. Материковые плат­формы имеют двухъярусное строение. Нижний ярус называют фун­даментом. Он состоит из смятых в складки метаморфических пород, пронизанных застывшей магмой, разбит разломами на блоки. Фундамент сформировался в геосинклинальный этап раз­вития. Верхний ярус - осадочный чехол - сложен преимущест­венно осадочными породами более позднего возраста, залегаю­щими относительно горизонтально. Формирование чехла соответ­ствует платформенному этапу развития.

Участки платформ, где фундамент погружен на глубину под осадочный чехол, называют плитами. Они занимают основную площадь на платформах. Места выхода кристаллического фунда­мента на поверхность называются щитами. Различают древние и молодые платформы. Они отличаются, прежде всего, возрастом складчатого фундамента: у древних платформ он образовался в докембрии, более 1,5 млрд. лет тому назад, у молодых - в пале­озое.

На Земле имеется девять крупных древних докембрийских платформ. Севере- Американская, Восточно-Европейская и Сибир­ская платформы образуют северный ряд, Южно-Американская, Африкано- Аравийская, Индостанская, Австралийская и Антаркти­ческая - южный ряд. До середины мезозоя платформы южного ряда были частью единого суперконтинента Гондвана. Промежу­точное положение занимает Китайская платформа. Существует мнение, что все древние платформы являются обломками огром­ного единого докембрийского массива континентальной коры - Пангеи.

Древние платформы - наиболее устойчивые глыбы в составе материков, поэтому являются их основой, жестким остовом. Они разделены пятью геосинклинальными поясами, возникшими в конце докембрия в связи с расколом Пангеи. Три из них - Севе-ро-Атлантический, Арктический и Урало-Охотский- завершили свое развитие в основном в палеозое. Два - Средиземноморский (Альпийско-Гималайский) и Тихоокеанский - частично продол­жают свое развитие и в современную эпоху.

В пределах геосинклинальных поясов различные его части за­вершали свое развитие в разные тектонические эпохи. В геологиче­ской истории последнего миллиарда лет выделяют несколько тектонических циклов (эпох): байкальский цикл, приуроченный к концу протерозоя - началу палеозоя (1000-550 млн. лет в абсо­лютном летосчислении), каледонский - ранний палеозой (550- 400 млн. лет), герцинский -поздний палеозой (400-210 млн. лет), мезозойский (210-100 млн. лет) и кайнозойский, или аль­пийский (100 млн. лет - до настоящего времени). Соответственно на суше выделяют области байкальской, каледонской, герцинской, мезозойской и кайнозойской (альпийской) складчатостей. Неред­ко их называют байкальскими, каледонскими и другими склад­чатыми поясами.

Условия залегания пород в пределах земной коры отражены на обзорной тектонической карте мира. На ней выделены площади, формирование складчатой структуры которых завершилось в раз­ные этапы складчатости. Они лучше изучены и более достоверно показаны в пределах суши. Древние платформы и обрамляющие их складчатые пояса (области) разного возраста изображены оп­ределенными цветами. Древние платформы (девять крупных и несколько мелких) окрашены в красноватые тона: более яркие - на щитах, менее" яркие - на плитах. Области байкальской склад­чатости показаны сине-голубым цветом, каледонской - сирене­вым, герцинской - коричневым, мезозойской - зеленым и кайно­зойской - желтым цветом.

В областях байкальской, каледонской и герцинской складчато­стей горные сооружения в дальнейшем были существенно раз­рушены. На значительных площадях их складчатые структуры оказались покрытыми сверху континентальными и мелководно-морскими осадочными породами, приобрели устойчивость. В релье­фе они выражены равнинами. Это так называемые молодые плат­формы (например, Западно-Сибирская, Туранская и др.). На тек­тонической карте они изображаются более светлыми оттенками основного цвета того складчатого пояса, в пределах которого на­ходятся. Молодые платформы в отличие от древних не образуют изолированных массивов, а причленяются к древним плат­формам.

Из сопоставления физической и тектонической карт мира следует, что горы в основном соответствуют подвижным складчатым поясам разного возраста, равнины - древним и молодым плат­формам.

Понятие о рельефе. Геологические рельефообразующие процессы

Современный рельеф - совокупность неровностей земной по­верхности разного масштаба. Их называют формами рельефа. Рельеф сформировался в результате взаимодействия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) геологических процессов.

Формы рельефа различны по размерам, строению, происхож­дению, истории развития и т. д. Различают выпуклые (положи­тельные) формы рельефа (горный хребет, возвышенность, холм и др.) и вогнутые (отрицательные) формы (межгорная котловина, низменность, овраги и др.).

Крупнейшие формы рельефа - материки и океанические впа­дины и крупные формы - горы и равнины образовались прежде всего за счет деятельности внутренних сил Земли. Средние по раз­мерам и мелкие формы рельефа - речные долины, холмы, овраги, барханы и другие, наложенные на более крупные формы, созда­ны различными внешними силами.

В основе геологических процессов лежат разные источники энергии. Источником внутренних процессов является тепло, обра­зующееся при радиоактивном распаде и гравитационной диффе­ренциации веществ внутри Земли. Источник энергии внешних про­цессов - солнечная радиация, превращающаяся на Земле в энер­гию воды, льда, ветра и т. д.

Внутренние (эндогенные) процессы

С внутренними процессами связаны различные тектонические движения земной коры, создающие основные формы рельефа Зем­ли, магматизм, землетрясения. Тектонические движения прояв­ляются в медленных вертикальных колебаниях земной коры, в образовании складок горных пород и разломов.

Медленные вертикальные колебательные движения - поднятия и опускания земной коры - совершаются непрерывно и повсе­местно, сменяясь во времени и пространстве на протяжении всей геологической истории. Они свойственны платформам. С ними свя­зано наступление моря и соответственно изменение очертаний материков и океанов. Например, в настоящее время медленно под­нимается Скандинавский полуостров, но опускается южное побе­режье Северного моря. Скорость этих движений до нескольких миллиметров в год.

Под складчатыми тектоническими нарушениями пластов гор­ных пород подразумеваются изгибы слоев без нарушения их сплошности. Складки различаются по размерам, причем мелкие нередко осложняют крупные, по форме, по происхождению и т. д.

К разрывным тектоническим нарушениям пластов горных по­род относятся разломы. Они могут быть различными по глубине (либо в пределах земной коры, либо рассекать ее и уходить в ман­тию до 700 км), по протяженности, длительности развития, без смещения участков земной коры или со смещением блоков земной коры в горизонтальном и вертикальном направлениях и т. д.

Складчатые и разрывные деформации (нарушения) пластов земной коры на фоне общего тектонического поднятия территории приводят к образованию гор. Поэтому складчатые и разрывные движения объединяют под общим названием орогенических (от греч. ого - гора, genos - рождение), т. е. движений, создающих горы (орогены).

При горообразовании темпы поднятия всегда интенсивнее про­цессов разрушения и сноса материала.

Складчатые и разрывные тектонические движения сопровожда­ются, особенно в горах, магматизмом, метаморфизмом горных пород и землетрясениями.

Магматизм связан прежде всего с глубинными разломами, пе­ресекающими земную кору и уходящими в мантию. В зависимости от степени проникновения магмы из мантии в земную кору он под­разделяется на два типа: интрузивный, когда магма, не достигая поверхности Земли, застывает на глубине, и эффузивный, или вул­канизм, когда магма прорывает земную кору и изливается на зем­ную поверхность. При этом из нее выделяется много газов, перво­начальный состав изменяется, и она превращается в лаву. Состав лав весьма разнообразен. Излияния происходят либо по трещинам (этот тип извержения преобладал на первоначальных этапах фор­мирования Земли), либо через узкие каналы на пересечении раз­ломов, называемые жерлами.

При трещинных излияниях образуются обширные лавовые пок­ровы (на плато Декан, на Армянском и Эфиопском нагорьях, на Среднесибирском плоскогорье и т.д.). В историческое время зна­чительные излияния лав происходили на Гавайских островах, в Исландии, они весьма характерны для срединно-океанических хребтов.

Если магма поднимается по жерлу, то при излияниях, обычно многократных, образуются возвышения - вулканы с воронкообраз­ным расширением наверху, называемым кратером. Большинство вулканов имеет конусовидную форму и состоит из рыхлых продук­тов извержений, переслаивающихся с застывшей лавой. Например, Ключевская Сопка, Фудзияма, Эльбрус, Арарат, Везувий, Кракатау, Чимбарасо и др. Вулканы делятся на действующие (их более 600) и потухшие. Большинство действующих вулканов расположе­но среди молодых гор кайнозойской складчатости. Много их и вдоль крупных разломов в тектонически подвижных областях, в том числе на дне океанов вдоль осей срединно-океанических хреб­тов. Вдоль побережья Тихого океана располагается основная зона вулканов - Тихоокеанское огненное кольцо, где более 370 дейст­вующих вулканов (на востоке Камчатки и др.).

В местах затухания вулканической деятельности характерны горячие источники, в том числе периодически фонтанирующие - гейзеры, выбросы газов из кратеров и трещин, которые свидетель­ствуют об активных процессах в глубине недр.

Вулканические извержения позволяют ученым заглянуть на де­сятки километров в глубь Земли, понять тайны образования мно­гих видов полезных ископаемых. Сотрудники вулканологических.станций несут круглосуточную вахту, чтобы своевременно предска­зать начало извержений вулканов и предупредить связанные с ни­ми стихийные бедствия. Обычно наибольший ущерб приносят не столько потоки лавы, сколько грязевые потоки. Они возникают вследствие быстрого таяния ледников и снега на вершинах вулканов и ливневых осадков из мощных облаков на свежий вулканический «пепел», состоящий из обломков и пыли. Скорость движения пото­ков грязи может достигать 70 км/ч и распространяться на рас­стояние до 180 км. Так, в результате извержения вулкана Руис в Колумбии 13 ноября 1985 г. лава растопила сотни тысяч кубиче­ских метров снега. Образовавшиеся грязевые потоки поглотили город Армеро с населением 23 тыс. человек.

С эндогенными процессами связаны также землетрясения - внезапные подземные удары, сотрясения и смещения пластов и блоков земной коры. Очаги землетрясений приурочены к зонам разломов. В большинстве случаев центры землетрясений находятся на глубине первых десятков киломеров в земной коре. Однако иногда они лежат в верхней мантии на глубине до 600-700 км, например вдоль побережья Тихого океана, в Карибском море и других районах. Возникающие в очаге упругие волны, достигая поверхности, вызывают образование трещин, колебание ее вверх - вниз, смещение в горизонтальном направлении. Так, вдоль наибо­лее изученного разлома Сан-Андреас в Калифорнии (длина более 1000 км, проходит вдоль Калифорнийского залива до г. Сан-Фран­циско) общее горизонтальное смещение пород с момента его зало­жения в юре до настоящего времени оценивается в 580 км. Сред­няя скорость смещения сейчас до 1,5 см/год. С ним связаны час­тые землетрясения. Интенсивность землетрясений оценивается по двенадцатибалльной шкале на основании деформаций слоев Зем­ли и степени повреждения зданий. Ежегодно на Земле регистри­руют сотни тысяч землетрясений, т. е. мы живем на беспокойной планете. При катастрофических землетрясениях в считанные секунды изменяется рельеф, в горах происходят обвалы и ополз­ни, разрушаются города, гибнут люди. Землетрясения на побе­режьях и дне океанов вызывают волны - цунами. К числу ката­строфических землетрясений последних десятилетий относятся: Ашхабадское (1948), Чилийское (I960), Ташкентское (1966), в Мехико (1985), Армянское (1988). Извержения вулканов тоже сопровождаются землетрясениями, но эти землетрясения носят ограниченный характер.

Внешние (экзогенные) процессы

На рельеф земной поверхности помимо внутренних процессов одновременно воздействуют и различные внешние силы. Деятель­ность любого внешнего фактора складывается из процессов раз­рушения и сноса пород (денудация) и отложения материала в понижениях (аккумуляция). Этому предшествуетвыветривание - процесс разрушения горных пород под влиянием резкого колеба­ния температур и замерзания воды в трещинах породы, а также химического изменения их состава под влиянием воздуха и воды, содержащей кислоты, щелочи и соли. В выветривании принимают участие и живые организмы. Выделяют два основных вида вывет­ривания: физическое и химическое. В результате выветривания горных пород образуются рыхлые отложения, удобные для пере­мещения водой, льдом, ветром и т. д.

Главнейшим внешним процессом на земной поверхности явля­ется деятельность текучейводы. Она практически повсеместна, за исключением полярных районов и гор, покрытых ледниками, и ограничена в пустынях. За счет текучей воды происходит общее понижение поверхности под влиянием сноса почвы и горных по­род, образуются такие эрозионные формы рельефа, как овраги, балки, речные долины, а также аккумулятивные формы - конусы выноса балок и оврагов, дельты рек.

Овраги - вытянутые углубления с крутыми незадернованными склонами и растущей вершиной. Создаются они временными во­дотоками. Их образованию помимо природных факторов (наличия склонов, легко размываемых грунтов, обильных осадков, бурного снеготаяния и др.) способствует человек своей нерациональной дея­тельностью (сведение лесов и лугов, распашка склонов, особенно сверху вниз, и др.).

Балки в отличие от оврагов прекратили свой рост, склоны их обычно менее крутые, занятые лугами и лесами. Овражно-балочный рельеф весьма характерен для Среднерусской, Приволжской и других возвышенностей. Он господствует на Высоких равнинах в США, на плато Ордос в Китае и др. Овраги и балки создают трудности для сельскохозяйственного освоения территории, до­рожного и иного строительства, понижают уровень грунтовых вод, вызывают другие негативные следствия.

В горах большой разрушительной силой обладают временные грязе-каменные потоки, называемые селями. Содержание твердого материала в них может достигать 75 % общей массы потока. Сели перемещают к подножиям гор огромное количество обломочного материала. С селями связаны катастрофические разрушения селе­ний, дорог, плотин.

Большую постоянную, разрушительную работу, как в горах, так и на равнинах производятреки. В горах, используя межгорные долины и тектонические разломы, они образуют глубокие узкие речные долины с крутыми склонами типа ущелий, на которых раз­виваются различные склоновые процессы, снижающие горы. На равнинах реки тоже производят активную работу, подмывая скло­ны и расширяя долину до десятков километров в ширину. В отли­чие от горных рек у них есть пойма. Склоны речных долин на равнинах обычно имеют надпойменные террасы - прежние пой­мы, свидетельствующие о периодическом врезании рек. Поймы и русла рек служат теми уровнями, к которым «привязаны» овраги и балки. Поэтому понижение их вызывает рост и врезание овра­гов, увеличение крутизны прилегающих к ним склонов, смыв почв и т. д.

Поверхностные текучие воды на протяжении длительного гео­логического времени способны произвести грандиозную разруши­тельную работу в горах и на равнинах. Именно с ними в первую очередь связано образование равнин на месте некогда горных стран.

Определенную разрушительную работу в горах и на равнинах производятледники. Они занимают около 11 % суши. Более 98 % современного оледенения приходится на покровные ледники Ан­тарктиды, Гренландии и полярных островов и только около 2 % на горные ледники. Мощность покровных ледников до 2-3 км и бо­лее. В горах ледники занимают плоские вершины, понижения на склонах и межгорные долины. Долинные ледники удаляют с гор весь тот материал, который поступает на его поверхность со скло­нов, и тот, который он выпахивает при движении по подледному ложу. Транспортируемый ледником материал в виде несортиро­ванного суглинка и супеси с валунами, так называемой морены, откладывается у края ледника, а потом реками, начинающимися у края ледников, выносится к подножию гор.

Во время максимального четвертичного оледенения площадь ледников на равнинах была в три раза больше, чем сейчас, а гор­ные ледники в субполярных и умеренных широтах спускались до подножий.

Во время четвертичных оледенений центрами и областями лед­никового сноса были Скандинавские горы, Полярный Урал, север Скалистых гор, а также возвышенности Кольского полуострова, Карелии, полуострова Лабрадор и др. Здесь встречаются отполи­рованные ледником выступы твердых кристаллических пород в виде холмов, которые называют бараньими лбами, продолговатые по направлению движения ледника котловины выпахивания и др. Южнее, на расстоянии 1000-2000 км от центров оледенений, располагаются области ледниковых наносов в виде беспорядочных холмистых и грядовых нагромождений, сохранившихся до настоя­щего времени. Следовательно, на равнинах покровные ледники производили не только разрушительную, но и созидательную ра­боту.

Ветер - повсеместный фактор на Земле. Однако полнее всего его разрушительная и созидательная работа проявляется в пусты­нях. Там сухо, почти отсутствует растительность, много рыхлых сыпучих частиц - продуктов интенсивного физического выветри­вания, обусловленного резким перепадом температур в течение суток. Формы рельефа, созданные ветром, называются эоловыми (по имени греческого бога Эола - повелителя ветров). В каменис­тых пустынях ветер не только выдувает мелкие частицы, обра­зующиеся за счет процессов разрушения. Ветропесчаный поток обтачивает скалы, придает им причудливые формы и в конце кон­цов разрушает их и выравнивает поверхность.

В песчаных пустынях ветер образует барханы - холмы серпо­видной формы, движущиеся со скоростью до 50 м/год, а также гряды, бугры и другие эоловые формы, закрепленные растительно­стью. На побережьях морей и рек дневной бриз образует песча­ные холмы - дюны (например; на побережье Бискайского залива во Франции, по южному побережью Балтийского моря, где они заросли сосновыми лесами и вереском).

В распаханных степных и полупустынных районах с неустойчи­вым увлажнением нередки пыльные бури, во время которых верхний слой почвы вместе с семенами, иногда и всходами -срывается сильными ветрами и переносится на десятки километров от места сноса и откладывается перед препятствиями или в понижениях, где стихает сила ветра.

Определенную лепту в изменение земной поверхности вносят подземные воды, растворяя некоторые горные породы, вечная мерзлота, волноприбойная деятельность на морских побережьях, а также человек.

Таким образом, рельеф Земли формируется за счет внутрен­них и внешних сил - вечных антагонистов. Внутренние процессы создают основные неровности на поверхности Земли, а внешние процессы за счет разрушения выпуклых форм и накопления ма­териала в вогнутых формах стремятся их уничтожить, выровнять земную поверхность.

У земного шара есть несколько оболочек: — воздушная оболочка, — водная оболочка, — твердая оболочка.

Третья за отдаленностью от Солнца планета- Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность- 5,5 г/см2. Во внутреннем строении Земли принято различать следующие слои:

земная кора — верхний слой Земли, в котором могут существовать живые организмы. Толщина земной коры может быть от 5 до 75 км.

мантия — твердый слой, который находится ниже земной коры. Его температура достаточно высока, однако вещество находится в твердом состоянии. Толщина мантии порядка 3 000 км.

ядро — центральная часть земного шара. Его радиус приблизительно 3 500 км. Температура внутри ядра очень высока. Считается, что ядро состоит в основном из расплавленного металла,
предположительно — железа.

Земная кора

Выделяют два основных типа земной коры — континентальный и океанический, плюс промежуточный, субконтинентальный.

Земная кора тоньше под океанами (около 5 км) и толще — под материками (до 75 км.). Она неоднородна, различают три слоя: базальтовый (залегает ниже всего), гранитный и осадочный (верхний). Континентальная кора состоит из трех слоев, тогда как в океанической гранитный слой отсутствует. Земная кора формировалась постепенно: сначала был сформирован базальтовый слой, затем — гранитный, осадочный слой продолжает формироваться и в настоящее время.

— вещество, из которого состоит земная кора. Горные породы подразделяются на следующие группы:

1. Магматические горные породы. Они образуются при затвердевании магмы в толще земной коры или на поверхности.

2. Осадочные горные породы. Они образуются на поверхности, формируются из продуктов разрушения или изменения других пород, биологических организмов.

3. Метаморфические горные породы. Они образуются в толще земной коры из других горных пород под действием определенных факторов: температуры, давления.

Характерное свойство земного шара - его неоднородность. Он подразделяется на ряд слоёв или сфер, которые делятся на внутренние и внешние.

Внутренние сферы Земли : земная кора, мантия и ядро.

Земная кора наиболее неоднородна. По глубине в ней выделяется 3 слоя (сверху вниз): осадочный, гранитный и базальтовый.

Осадочный слой образован мягкими, а иногда и рыхлыми горными породами, возникшими путём осаждения вещества в водной или воздушной среде на поверхности Земли. Осадочные породы обычно расположены в виде пластов, ограниченных параллельными плоскостями. Мощность слоя колеблется от нескольких метров до 10-15 км. Есть участки, где осадочный слой практически полностью отсутствует.

Гранитный слой сложен в основном магматическими и метаморфическими породами, богатыми Al и Si. Среднее содержание SiO 2 в них более 60%, поэтому их относят к кислым породам. Плотность пород слоя 2,65-2,80 г/см 3 . Мощность 20-40 км. В составе океанической коры (например, на дне Тихого океана) гранитный слой отсутствует, являясь, таким образом, неотъемлемой частью именно континентальной земной коры.

Базальтовый слой лежит в основании земной коры и является сплошным, то есть, в отличие от гранитного слоя, присутствует в составе и континентальной, и океанической коры. Отделяется от гранитного поверхностью Конрада (К), на которой скорость сейсмических волн изменяется с 6 до 6,5 км/сек. Вещество, слагающее базальтовый слой, по химическому составу и физическим свойствам близко к базальтам (менее богатым SiO 2 , чем граниты). Плотность вещества достигает 3,32 г/см 3 . Скорость прохождения продольных сейсмических волн увеличивается от 6,5 до 7 км/сек у нижней границы, где снова происходит скачок скорости и она достигает 8-8,2 км/сек. Эта нижняя граница земной коры прослеживается повсюду и называется границей Мохоровичича (югославский ученый) или границей М.

Мантия располагается под земной корой в интервале глубин от 8-80 до 2900 км. Температура в верхних слоях (до 100 км) - 1000-1300 о С, с глубиной повышается и у нижней границы достигает 2300 о С. Однако вещество находится там в твердом состоянии вследствие давления, которое на больших глубинах составляет сотни тысяч и миллионы атмосфер. На границе с ядром (2900 км) наблюдается преломление и частичное отражение продольных сейсмических волн, а поперечные волны эту границу не проходят ("сейсмическая тень" составляет от 103 о до 143 о дуги). Скорость распространения волн в нижней части мантии - 13,6 км/сек.

Сравнительно недавно стало известно, что в верхней части мантии располагается слой разуплотнённых пород - астеносфера, лежащий на глубине 70-150 км (под океанами глубже), в котором фиксируется падение скоростей упругих волн приблизительно на 3 %.

Ядро по физическим свойствам резко отличается от облекающей его мантии. Скорость прохождения продольных сейсмических волн составляет 8,2-11,3 км/сек. Дело в том, что на границе мантии и ядра происходит резкое падение скорости продольных волн от 13,6 до 8,1 км/сек. Ученые давно пришли к выводу, что плотность ядра значительно выше плотности поверхностных оболочек. Она должна отвечать плотности железа, находящегося в соответствующих барометрических условиях. Поэтому широко распространено представление о том, что ядро состоит из Fe и Ni и обладает магнитными свойствами. Присутствие в ядре этих металлов связывается с первичной дифференциацией вещества по удельному весу. В пользу железо-никелевого ядра говорят и метеориты. Ядро разделяется на внешнее и внутреннее. Во внешней части ядра давление составляет 1,5 млн. атм.; плотность 12 г/см 3 . Продольные сейсмические волны распространяются здесь со скоростью 8,2-10,4 км/сек. Внутреннее ядро находится в жидком состоянии, и конвективные потоки в нём индуцируют магнитное поле Земли. Во внутреннем ядре давление достигает 3,5 млн. атм., плотность 17,3-17,9 г/см 3 , скорость продольных волн 11,2-11,3 км/сек. Расчёты показывают, что температура должна достигать там нескольких тысяч градусов (до 4000 о). Вещество там находится в твердом состоянии благодаря высокому давлению.

Внешние сферы Земли: гидросфера, атмосфера и биосфера.

Гидросфера объединяет всю совокупность проявления форм воды в природе, начиная от сплошного водного покрова, занимающего 2/3 поверхности Земли (моря и океаны) и кончая водой, входящей в состав горных пород и минералов. в таком понимании гидросфера является непрерывной оболочкой Земли. В нашем курсе рассматривается прежде всего та часть гидросферы, которая образует самостоятельный водный слой - океаносфера.

Из общей площади Земли в 510 млн. км 2 , 361 млн. км 2 (71 %) покрыт водой. Схематически рельеф дна Мирового океана изображается в виде гипсографической кривой. На ней показано распределение высоты суши и глубины океанов; четко выражены 2 уровня морского дна с глубинами 0-200 м и 3-6 км. Первый из них - область относительного мелководья, опоясывающая в виде подводной площадки побережья всех континентов. Это материковая отмель или шельф. Со стороны моря шельф ограничен крутым подводным уступом - континентальным склоном (до 3000 м). На глубинах 3-3,5 км располагается континентальное подножие. Ниже 3500 м начинается океаническое ложе (ложе океана), глубина которого до 6000 м. Континентальное подножие и ложе океана составляют второй ясно выраженный уровень морского дна, сложенный типично океанической корой (без гранитного слоя). Среди океанического ложа, главным образом в периферических частях Тихого океана, располагаются глубоководные впадины (желоба) - от 6000 до 11000 м. Примерно так гипсографическая кривая выглядела еще 20 лет назад. Одним из важнейших геологических открытий последнего времени явилось открытие срединных океанических хребтов - глобальной системы подводных гор, приподнятых над ложем океана на 2 и более километра и занимающих до 1/3 площади океанического дна. О геологическом значении этого открытия будет сказано позднее.

В воде океанов присутствуют почти все известные химические элементы, однако преобладают только 4: O 2 , H 2 , Na, Cl. Содержание растворённых в морской воде химических соединений (солёность) определяется в весовых процентах или промилле (1 промилле = 0,1 %). Средняя солёность океанской воды 35 промилле (в 1 л воды 35 г солей). Солёность меняется в широких пределах. Так, в Красном море она достигает 52 промилле, в Чёрном море до 18 промилле.

Атмосфера представляет собой самую верхнюю воздушную оболочку Земли, которая окутывает ее сплошным покровом. Верхняя граница не отчетлива, так как плотность атмосферы убывает с высотой и переходит в безвоздушное пространство постепенно. Нижняя граница - поверхность Земли. Эта граница также условна, так как воздух проникает на некоторую глубину в каменную оболочку и содержится в растворенном виде в толще воды. В атмосфере выделяются 5 основных сфер (снизу вверх): тропосфера, стратосфера, мезосфера, ионосфера и экзосфера. Для геологии важна тропосфера, так как она соприкасается непосредственно с земной корой и оказывает на нее существенное влияние.

Тропосфера отличается большой плотностью, постоянным наличием водяного пара, углекислоты и пыли; постепенным понижением температуры с высотой и существованием в ней вертикальной и горизонтальной циркуляции воздуха. В химическом составе помимо основных элементов - О 2 и N 2 - всегда присутствуют СО 2 , водяной пар, немного инертных газов (Ar), Н 2 , сернистый ангидрид и пыль. Циркуляция воздуха в тропосфере очень сложна.

Биосфера - своеобразная оболочка (выделена и названа акад. В.И.Вернадским), объединяет те оболочки, в которых присутствует жизнь. Она не занимает обособленного пространства, но проникает в земную кору, атмосферу и гидросферу. Биосфера играет большую роль в геологических процессах, участвуя как в создании горных пород, так и в их разрушении.

Живые организмы наиболее глубоко проникают в гидросферу, которую часто называют "колыбелью жизни". Особенно богата жизнь в океаносфере, в ее поверхностных слоях. В зависимости от физико-географической обстановки, в первую очередь от глубин, в морях и океанах выделяется несколько биономических зон (греч. "биос" - жизнь, "номос" - закон). Эти зоны различаются по условиям существования организмов и их составу. В области шельфа выделяются 2 зоны: литоральная и неритовая. Литораль - это сравнительно узкая полоса мелководья, два раза в сутки осушаемая во время отлива. Благодаря специфике литораль заселена организмами, способными переносить временное осушение (морские черви, некоторые моллюски, морские ежи, звёзды). Глубже зоны приливов и отливов в пределах шельфа расположена неритовая зона, наиболее богато населённая разнообразными морскими организмами. Здесь широко представлены все типы животного мира. По образу жизни различают бентосных животных (обитателей дна): сидячий бентос (кораллы, губки, мшанки и т.д.), блуждающий бентос (ползающие - ежи, звёзды, раки). Нектонные животные способны самостоятельно передвигаться (рыбы, головоногие моллюски); планктонные (планктон) - парящие в воде во взвешенном состоянии (фораминиферы, радиолярии, медузы). Материковому склону соответствует батиальная зона, континентальному подножию и океаническому ложу - абиссальная зона. Условия жизни в них мало благоприятны - полный мрак, высокое давление, отсутствие водорослей. Однако и там в последнее время обнаружены абиссальные оазисы жизни, приуроченные к подводным вулканам и зонам истечения гидротерм. Основу биоты здесь составляют гигантские анаэробные бактерии, вестиментиферы и другие своеобразные организмы.

Глубина проникновения живых организмов внутрь Земли в основном лимитируется температурными условиями. Теоретически для самых стойких прокариот она составляет 2,5-3 км. Живое вещество активно влияет на состав атмосферы, которая в современном виде - результат жизнедеятельности организмов, обогативших ее кислородом, углекислым газом, азотом. Чрезвычайно велика роль организмов в формировании морских осадков, многие из которых являются полезными ископаемыми (каустобиолиты, джеспилиты и др.).

Вопросы для самопроверки.

    Как формировались взгляды на происхождение Солнечной системы?

    Каковы форма и размеры Земли?

    Из каких твердых оболочек состоит Земля?

    Чем отличается континентальная кора от океанической?

    Чем обусловлено магнитное поле Земли?

    Что такое гипсографическая кривая, ее вид?

    Что такое бентос?

    Что такое биосфера, ее границы?