В строении земли нет чего

Что у Земли внутри? Внутреннее строение и состав нашей планеты

Радиус нашей планеты превышает 12 700 км, но самая глубокая скважина, которую человечеству удалось пробурить (Кольская сверхглубокая скважина), имеет глубину всего лишь в 12,2 км, то есть в тысячу раз меньше. Ученые имеют меньше информации о глубинах Земли, чем о дальнем космосе. Однако это не мешает им строить свои теории о ее строении. Из каких же слоев состоит Земля?

Методы исследования структуры Земли

Объем планеты можно посчитать, зная ее радиус. Её массу можно рассчитать на основе величины силы тяжести, орбите Земли и ее взаимодействии с другими небесными телами. Зная объем и массу, можно оценить и плотность земного шара, которая оказывается равной 5515 кг/куб. м. При этом средняя плотность вещества на поверхности планеты значительно ниже (3000 кг/куб. м), поэтому можно предполагать существенное увеличение этого показателя на больших глубинах.

Ученые при анализе структуры Земли опираются и на данные научных экспериментов, в ходе которых моделируются условия в центре планеты (высокое давление и плотность). Так, плотность железо при давлении в миллион атмосфер увеличивается в 1,3 раза за счет более плотного расположения атомов в кристаллической решетке.

Ещё одним источником информации о строении планеты является анализ сейсмических волн во время землетрясений. В 1909 году геофизик Мохоровичич обнаружил, что при неглубоких землетрясениях образуется не один, а несколько акустических сигналов, что позволило предположить существование резкой границы между корой и мантией, известной как поверхность Мохоровичича.

Во время извержений вулканов с глубин Земли на поверхность попадают ценные для исследования образцы материала. Наконец, даже исследования других планет земной группы (Меркурия, Венеры, Марса) помогают лучше понять процессы, проходящие в наших недрах, ведь эти планеты и Земля формировались в результате схожих процессов.

Общее строение Земли

Верхний слой планеты называют земной корой. Ее толщина варьируется от 5 до 35 км, причем под океанами она существенно тоньше. Существуют оценки, согласно которым ее толщина может доходить и до 70 км. Под ней располагается верхняя мантия, которая простирается до глубины 60 км. Нижняя же часть мантии доходит до отметки 2890 км. Отдельно геофизики выделяют слой, именуемый астеносферой (100-200 км).

Под мантией, располагается ядро. Его разделяют на внешнюю жидкую часть (до глубины 5150 км) и внутреннюю твердую.

Земная кора

Считается, что у Венеры и Марса (но не у Меркурия) также есть верхний слой коры, схожий с земным. Однако на Земле выделяют два вида коры: континентальный и океанический. Континентальная кора значительно более древняя, возраст ее пород может достигать миллиардов лет. Она состоит из трех слоев. Верхний образован горными породами, средний – гранитами и так называемыми гнейсами, а внизу располагаются гранулиты и подобные им породы.

Океаническая кора постоянно обновляется. Она образуется в центрах современных океанов в местах, которые называют срединно-океаническими хребтами. Перемещаясь оттуда в разных направлениях, она исчезает в зонах субдукции, растворяясь в мантии. Возраст океанической коры не превышает 140-150 миллионов лет. Также ее толщина значительно ниже и, по некоторым оценкам, составляет 5-10 км. Именно поэтому первая попытка пробурить земную кору была предпринята 1961-1966 г. в Тихом океане (проект «Мохол»).

Интересно, что большую часть земной коры образует незначительное количество элементов. Самыми распространенными из них являются:

На остальные элементы суммарно приходится примерно 1% вещества земной коры.

Мантия

Считается, что в некоторых местах мантия залегает на глубинах всего в 30 км, однако достичь ее до сих пор не удалось. Границу между мантией и корой называют поверхностью Мохоровичича. В ней фиксирует резкий рост скорости сейсмический волн, а также там должен происходить и такой же резкий рост плотности вещества.

Мантию разделяют на верхнюю и нижнюю. Граница между ними проходит на глубинах 410-670 км и носит название слой Голицына. В нем наблюдается структурная перестройка вещества мантии.

Мантия находится в жидком агрегатном состоянии, однако это не значит, что она похожа на воду. Она отличается огромной вязкостью, в квадриллион раз превышающую вязкости песка. На мантию, простирающуюся до глубины 2900 км, приходится примерно 80% объема земного шара. Также она отличается от земной коры химическим составом. Доля алюминия в ней ниже, а магния значительно выше. Основными элементами в ней являются:

В верхней мантии выделяют слой астеносферы, который более пластичен, чем остальная часть мантии. Также в нем ниже скорость распространения сейсмических волн и выше электропроводность. Именно в ней происходит перемещение литосферных плит земной коры, что порою вызывает землетрясения. По разным оценкам, астеносфера может начинаться на глубинах порядка 50 км и доходить до отметки 350 км.

Ядро Земли

Существование ядра было доказано ещё в 1897 г. Честь этого открытия принадлежит Иоганну Вихерту. Состоит ядро из двух слоев – жидкого внешнего и твердого внутреннего, однако в 2015 г. геолог Сяодунь Сун обосновал версию, что во внешнем ядре можно выделить третий слой.

Во внешнем ядре температура изменяется от 4400°С на глубине 2900 км до 6100°С на глубине 5150 км. В нем протекают вихревые электрические токи, что ведет к образованию у Земли магнитного поля, которое возникает из-за эффекта, известного как геодинамо.

Во внутреннем ядре давление может достигать 375 ГПа, поэтому находящееся там вещество просто не может стать жидкостью, несмотря на огромную температуру в 6400°. Эта часть структуры планеты возникла не сразу, а 2 млрд (по некоторым оценкам, только 500 млн) лет назад. Это связано с постепенным остыванием Земли. Со временем внутреннее ядро увеличивается в размерах.

Химический состав ядра сильно отличается от мантии. Порядка 85% его массы приходится на железо, 6% – на кремний, ещё 5% – на никель. Это примерные цифры, так как точный состав определить невероятно сложно. Возможно, что в ядре присутствует значительные доли серы, кислорода, углерода, фосфора и водорода.

Как образовалась столь сложная структура Земли?

Предполагается, что Земля образовалась из множества протопланет, которые из-за силы тяжести постепенно притягивались друг к другу. Сначала она была полностью жидкой. При этом в ней проходили характерные для жидкости процессы – более тяжелые элементы погружались глубже, а более легкие поднимались на поверхность. Так за примерно 10 млн лет образовалось железное ядро Земли. Существует версия, что раньше там находилось значительно больше радиоактивных металлов, но они распались со временем. После окончания активной фазы планетообразования Земля начала медленно остывать, в результате чего верхний слой отвердел, и образовалась земная кора.

Источник

Внутреннее строение Земли. Мир удивительных тайн в одной статье

Внутреннее строение Земли

Планета Земля состоит из трех основных слоев: земной коры, мантии и ядра. Можно сравнить земной шар с яйцом. Тогда яичная скорлупа будет представлять собой земную кору, яичный белок — мантию, а желток — ядро.

Земная кора

Земная кора — это каменная оболочка, которая покрывает всю поверхность нашей планеты. Под океанами ее толщина не превышает 15-ти километров, а на материках — 75-ти. Если вернуться к аналогии с яйцом, то земная кора по отношению ко всей планете тоньше, чем яичная скорлупа. На долю этого слоя Земли приходится всего 5% объема и менее 1% массы всей планеты.

В составе земной коры ученые обнаружили оксиды кремния, щелочных металлов, алюминия и железа. Кора под океанами состоит из осадочного и базальтового слоев, она тяжелее континентальной (материковой). В то время как оболочка, покрывающая континентальную часть планеты, имеет более сложное строение.

Выделяют три слоя континентальной земной коры:

осадочный (10-15 км в основном осадочных пород);

гранитный (5-15 км метаморфических пород, по свойствам схожих с гранитом);

базальтовый (10-35 км магматических пород).

Мантия

Под мантией, словно под покрывалом, располагается земное ядро. Оно находится в 2900 км от поверхности планеты. Ядро имеет форму шара радиусом около 3500 км. Поскольку людям еще не удалось добраться до ядра Земли, о его составе ученые строят догадки. Предположительно, ядро состоит из железа с примесью других элементов. Это самая плотная и тяжелая часть планеты. На нее приходится всего 15% объема Земли и аж 35% массы.

Считается, что ядро состоит из двух слоев — твердого внутреннего ядра (радиусом около 1300 км) и жидкого внешнего (около 2200 км). Внутреннее ядро словно бы плавает во внешнем жидком слое. Из-за этого плавного движения вокруг Земли образуется ее магнитное поле (именно оно защищает планету от опасных космических излучений, и на него реагирует стрелка компаса). Ядро — самая горячая часть нашей планеты. Долгое время считалось, что температура его достигает, предположительно, 4000-5000°C. Однако в 2013 году ученые провели лабораторный эксперимент, в ходе которого определили температуру плавления железа, которое, вероятно, входит в состав внутреннего земного ядра. Так выяснилось, что температура между внутренним твердым и внешним жидким ядром равна температуре поверхности Солнца, то есть около 6000 °C.

Строение нашей планеты — одна из множества неразгаданных человечеством тайн. Большая часть информации о нем получена косвенными методами, еще ни одному ученому не удалось добыть образцы земного ядра. Изучение строения и состава Земли по-прежнему сопряжено с непреодолимыми трудностями, но исследователи не сдаются и ищут новые способы добыть достоверные сведения о планете Земля.

Методические рекомендации

При изучении темы «Внутреннее строение Земли» у учащихся могут возникать трудности с запоминанием названий и очередности слоев земного шара. Латинские наименования будет намного легче запомнить, если дети создадут собственную модель Земли. Можно предложить ученикам выполнить модель земного шара из пластилина или рассказать о его устройстве на примере фруктов (кожура — земная кора, мякоть — мантия, косточка — ядро) и предметов, имеющих схожую структуру. Поможет в проведении урока учебник География. 5-6 классы О.А.Климановой, где вы найдете красочные иллюстрации и подробные сведения по теме.

Источник

Откуда мы знаем, что находится в ядре Земли?

Люди заполнили Землю. Мы завоевывали земли, летали по воздуху, ныряли в глубины океана. Мы даже побывали на Луне. Но мы никогда не были в ядре планеты. Мы даже и близко к нему не подобрались. Центральная точка Земли находится в 6000 километрах внизу, и даже самая дальняя часть ядра находится в 3000 километрах под нашими ногами. Самая глубокая дыра, которую мы сделали на поверхности — это Кольская сверхглубокая скважина в России, да и то она уходит вглубь земли на жалкие 12,3 километра.

Все известные события на Земле происходят близко к поверхности. Лава, которая извергается из вулканов, сначала плавится на глубине нескольких сотен километров. Даже бриллианты, которым необходимо чрезвычайное тепло и давление для образования, рождаются в породах на глубине не более 500 километров.

Все, что ниже, окутано тайной. Кажется недостижимым. И все же мы знаем довольно много интересного о нашем ядре. У нас даже есть некоторое представление о том, как оно сформировалось миллиарды лет назад — и все без единого физического образца. Как же нам удалось узнать так много о ядре Земли?

Для начала нужно хорошо подумать о массе Земли, говорит Саймон Редферн из Кембриджского университета в Великобритании. Мы можем оценить массу Земли, наблюдая за эффектом гравитации планеты, который она оказывает на объекты на поверхности. Выяснилось, что масса Земли составляет 5,9 секстиллиона тонн: это 59 с двадцатью нулями.

Но на поверхности нет признаков такой массы.

«Плотность материала на поверхности Земли намного ниже, чем средняя плотность всей Земли, что говорит нам о том, что есть что-то более плотное, — говорит Редферн. — Это первое».

По существу, большая часть земной массы должна быть расположена по направлению к центру планеты. Следующим шагом будет выяснить, из каких тяжелых материалов состоит ядро. И оно состоит почти полностью из железа. 80% ядра — это железо, однако точную цифру еще придется выяснить.

Главным доказательством этого является огромное количество железа во Вселенной вокруг нас. Это один из десяти самых распространенных элементов в нашей галактике, который также часто встречается в метеоритах. При всем этом на поверхности Земли намного меньше железа, чем можно было бы ожидать. Согласно теории, когда Земли образовалась 4,5 миллиарда лет назад, много железа утекло вниз к ядру.

Там сосредоточена большая часть массы, а значит, и железо должно там быть. Железо также относительно плотный элемент при нормальных условиях, а под сильным давлением в ядре Земли оно будет еще плотнее. Железное ядро могло бы объяснить всю недостающую массу.

Но погодите. Как железо вообще там оказалось? Железо должно было каким-то образом притянуться — в буквальном смысле — к центру Земли. Но сейчас этого не происходит.

Большая часть остальной Земли состоит из горных пород — силикатов — и расплавленное железо с трудом через них проходит. Подобно тому, как вода на жирной поверхности образует капли, железо собирается в небольших резервуарах, отказываясь растекаться и разливаться.

Возможное решение было обнаружено в 2013 году Венди Мао из Стэнфордского университета и ее коллегами. Они задались вопросом, что происходит, когда железо и силикат подвергаются сильному давлению глубоко в земле.

Плотно сжимая оба вещества при помощи алмазов, ученым удалось протолкнуть расплавленное железо через силикат. «Это давление существенно изменяет свойства взаимодействия железа с силикатами, — говорит Мао. — При высоком давлении образуется «сеть плавления».

В этот момент вы можете спросить: откуда мы, собственно, знаем размер ядра? Почему ученые считают, что оно начинается в 3000 километрах? Ответ один: сейсмология.

Когда происходит землетрясение, оно посылает ударные волны по всей планете. Сейсмологи записывают эти колебания. Будто бы мы бьем по одной стороне планеты гигантским молотом и прислушиваемся к шуму на другой стороне.

«В 1960-х годах произошло землетрясение в Чили, которое дало нам огромное количество данных, — говорит Редферн. — Все сейсмические станции по всей Земле записывали толчки этого землетрясения».

В зависимости от маршрута этих колебаний, они проходят через разные участки Земли, и это влияет на то, какой «звук» они издают на другом конце.

В начале истории сейсмологии стало очевидно, что некоторые колебания пропали без вести. Эти «S-волны» ожидали увидеть на другом конце Земли после происхождения на одном, но не увидели. Причина этому простая. S-волны реверберируют через твердый материал и не могут проходить через жидкость.

Должно быть, они столкнулись с чем-то расплавленным в центре Земли. Составив карту путей S-волн, ученые пришли к выводу, что на глубине примерно 3000 километров породы становятся жидкими. Это также говорит о том, что все ядро расплавленное. Но у сейсмологов был и другой сюрприз в этой истории.

Идея Леман была подтверждена в 1970 году, когда более чувствительные сейсмографы показали, что P-волны действительно проходят через ядро и, в некоторых случаях, отражаются от него под некоторыми углами. Неудивительно, что в конце концов они оказываются на другой стороне планеты.

Конкурирующие страны узнавали о ядерном потенциале друг друга и параллельно с этим мы узнавали все больше и больше о ядре Земли. Сейсмология до сих пор используется для обнаружения ядерных взрывов сегодня.

Вопросов от этого не становится меньше, особенно на тему внутреннего ядра. К примеру, насколько оно горячее? Выяснить это оказалось не так-то просто, и ученые долгое время ломали голову, говорит Лидунка Вокадло из Университетского колледжа Лондона в Великобритании. Мы не можем засунуть туда термометр, поэтому единственный возможный вариант — это создать нужное давление в лабораторных условиях.

В 2013 году группа французских ученых произвели лучшую оценку на сегодняшний день. Они подвергли чистое железо давлению в половину того, что имеется в ядре, и отталкивались уже от этого. Температура плавления чистого железа в ядре составляет примерно 6230 градусов. Присутствие других материалов может немного снизить точку плавления, до 6000 градусов. Но это все равно горячее, чем на поверхности Солнца.

Будучи своего рода поджаренной картошкой в мундире, ядро Земли остается горячим, благодаря теплу, оставшемуся от образования планеты. Оно также извлекает тепло из трения, возникающего по мере движения плотных материалов, а также распада радиоактивных элементов. Остывает оно примерно на 100 градусов по Цельсию каждый миллиард лет.

Знать эту температуру полезно, поскольку она влияет на скорость прохождения колебаний через ядро. И это удобно, потому что в этих вибрациях есть что-то странное. P-волны проходят неожиданно медленно через внутреннее ядро — медленнее, чем если бы оно состояло из чистого железа.

«Скорости волн, которые сейсмологи измерили в землетрясениях, значительно ниже, чем показывает эксперимент или компьютерный расчет, — говорит Вокадло. — Никто пока не знает, почему так».

Очевидно, к железу примешивается другой материал. Возможно, никель. Но ученые посчитали, как сейсмические волны должны проходить через железо-никелевый сплав, и не смогли подогнать расчеты под наблюдения.

Вокадло и ее коллеги в настоящее время рассматривают возможность присутствия в ядре других элементов, например, серы и кремния. Пока никто не смог придумать теорию состава внутреннего ядра, которая удовлетворила бы всех. Проблема Золушки: туфелька никому не подходит. Вокадло пытается экспериментировать с материалами внутреннего ядра на компьютере. Она надеется найти комбинацию материалов, температур и давления, которые будут замедлять сейсмические волны на правильную величину.

«Если этот эффект реален, мы могли бы примирить результаты минеральной физики с результатами сейсмологии, — говорит Вокадло. — Люди пока не могут этого сделать».

Существует еще много загадок, связаных с ядром Земли, которые еще предстоит решить. Но не имея возможности погрузиться на эти невообразимые глубины, ученые совершают подвиг, выясняя, что находится в тысячах километров под нами. Скрытые процессы недр Земли чрезвычайно важно изучать. У Земли есть мощное магнитное поле, которое генерируется благодаря частично расплавленному ядру. Постоянное движение расплавленного ядра порождает электрический ток внутри планеты, и он, в свою очередь, генерирует магнитное поле, которое уходит далеко в космос.

Это магнитное поле защищает нас от вредного солнечного излучения. Не будь ядро Земли таким, каким оно является, не было бы магнитного поля, а мы бы серьезно от этого страдали. Вряд ли кто-нибудь из нас сможет увидеть ядро своими глазами, но хорошо просто знать, что оно там есть.

Источник

Структура Земли

Содержание

Предположения

Сила, гравитация Земли может быть использована для расчета её массы, а также оценки объема планеты, и её средней плотности. Астрономы также могут рассчитать массу Земли по её орбите и влиянию на близлежащие планетарные тела. Наблюдения скал, водоемов и атмосферы, позволяют оценить массу, объем и плотность горных пород на определенной глубине, так что остальная масса должна находиться в более глубоких слоях.

Структура

Геологические слои Земли находятся на следующих глубинах под поверхностью: [1] :

Слои Земли были определены косвенно с помощью измерения времени распространения преломленных и отраженных сейсмических волн, созданных землетрясениями. Ядро не пропускает поперечные волны, а скорость распространения волн отличается в разных слоях. Изменения в скорости сейсмических волн между различными слоями вызывает их преломление благодаря закону Снелла.

Сейсмические измерения показывают, что ядро делится на две части, твердое внутреннее ядро с радиусом

1220 км [ 2 ] и жидкое внешнее ядро, с радиусом

Мантия

Мантия Земли простирается до глубины 2890 км, что делает её самым толстым слоем Земли. Давление в нижней мантии, составляет

Историческое развитие альтернативных концепций

См. также

Ссылки

Дальнейшее чтение

Земля
История Земли	Возраст Земли • Геологическая история Земли • Геохронологическая шкала • История жизни на Земле • Оледенение Земли • Парадокс слабого молодого Солнца • Теория гигантского столкновения • Хронология эволюции
География и геология	Австралия • Азия • Антарктида • Африка • Европа • Северная Америка • Южная Америка • Атлантический океан • Индийский океан • Северный Ледовитый океан • Тихий океан • Южный океан • Атмосфера • Гидросфера • Дрейф континентов • Земная кора • Континент • Кора • Мантия • Океан • Структура Земли • Суперконтинент • Тектоника плит • Фигура Земли • Ядро
Окружающая среда	Биом • Биоразнообразие • Биосфера • Дикая местность (англ.) • Климат • Природа • Природная зона • Сохранение биоразнообразия (англ.) • Экологическая ниша • Экология • Экосистема
См. также	Будущее Земли • Гипотетические естественные спутники Земли • День Земли • Мир • Стихийное бедствие • Суточное вращение Земли • Кольца Земли

Полезное

Смотреть что такое «Структура Земли» в других словарях:

структура — ы, ж. structure f., нем. Structure <, лат. structura. Взаимное расположение и связь составных элементов чего л.; строение чего л. Структура металла. Зернистая структура почвы. БАС 1. Структура храма сего от внешния страны, сиречь архитектуры,… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

Структура горных пород — Структура 1. для магматических и метасоматических пород, совокупность признаков горной породы, обусловленная степенью кристалличности, размерами и формой кристаллов, способом их сочетания между собой и со стеклом, а также внешними особенностями… … Википедия

Структура (горных пород) — Структура 1. для магматических и метасоматических пород, совокупность признаков горной породы, обусловленная степенью кристалличности, размерами и формой кристаллов, способом их сочетания между собой и со стеклом, а также внешними особенностями… … Википедия

СТРУКТУРА — 1. Для магм. и метам. п., совокупность признаков г. п., обусловленная степенью кристалличности, абс. и относительными размерами и формой к лов, способом их сочетания между собой и со стеклом, а также внешними особенностями отдельных минер. зерен… … Геологическая энциклопедия

Мантия земли — Структура Земли Мантия часть Земли (геосфера), расположенная непосредственно под корой и выше ядра. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2900 км. Границей … Википедия

Гипотетические естественные спутники Земли — Земля с двумя спутниками: изображение, полученное при помощи программы Celestia Гипотетические естественные спутники Земли небесные тела, обращающиеся вокруг Земли … Википедия

Мантия Земли — У этого термина существуют и другие значения, см. Мантия (значения). Структура Земли Мантия часть Земли ( … Википедия

Суточное вращение Земли — Наклон земной оси по отношению к плоскости эклиптики (плоскости орбиты Земли). Суточное вращение Земли вращение … Википедия

День Земли — Не следует путать с Международным днём Матери Земли. Не следует путать с Часом Земли. День Земли Символом дня является зелёная … Википедия

Геологическая история Земли — Геологическое время представленное на диаграмме называют геологическими часами, показывающими относительную длину … Википедия

Источник