Структура Земли

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Земля в разрезе от ядра к экзосфере. Левая картинка не в масштабе.

Земля имеет в первом грубом приближении форму шара (экваториальный диаметр составляет 12 754 км, а полярный — около 12 711 км[1]) и состоит из нескольких оболочек. Эти слои могут быть определены либо их химическими или их реологическими свойствами. В центре расположено ядро Земли с радиусом около 1250 км, которое в основном состоит из железа и никеля. Далее идёт жидкая часть ядра Земли (состоящее в основном из железа) с толщиной около 2200 км. Потом 2900 км вязкой мантии, состоящей из силикатов и оксидов, а сверху довольно тонкая, твёрдая земная кора. Она также состоит из силикатов и оксидов, но обогащена элементами, которые не встречаются в мантийных породах. Научное понимание внутренней структуры Земли основывается на наблюдениях топографии и батиметрии, наблюдения горных пород в обнажениях, образцах поднятых на поверхность с больших глубин в результате вулканической активности, анализе сейсмических волн, которые проходят сквозь Землю, измерении гравитации областей Земли и экспериментах с кристаллическими твёрдыми телами при давлениях и температурах, характерных для глубоких недр Земли.

Предположения[править | править вики-текст]

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

Структура[править | править вики-текст]

Структуру Земли можно классифицировать по двум принципам: по механическим свойствами, такими как реология, или по химическим свойствам. Механически, она может быть разделена на литосферы, астеносферы, мезосферы, внешнее ядро и внутреннее ядро. Химически Землю можно разделить на земную кору, верхнюю мантию, нижнюю мантию, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Схематическое изображение внутренней структуры Земли. 1. континентальная кора — 2. океаническая кора — 3. верхняя мантия — 4. нижняя мантия — 5. Внешнее ядро — 6. Внутреннее ядро — А: Поверхность Мохоровичича — B: Разрыв Гутенберга — C: разрыв Леманн-Буллен

Геологические слои Земли находятся на следующих глубинах под поверхностью[2]:

Глубина Слой
Километры Мили
0-60 0-37 Литосфера (локально колеблется от 5 до 200 км)
0-35 0-22 Кора (локально колеблется от 5 до 70 км)
35-60 22-37 Верхняя часть мантии
35-2890 22-1790 Мантия
100-200 62-125 Астеносфера
35-660 22-410 Верхняя мезосфера (верхняя мантия)
660-2890 410-1790 Нижняя мезосфера (нижняя мантия)
2890-5150 1790-3160 Внешнее ядро
5150-6360 3160-3954 Внутреннее ядро

Слои Земли были определены косвенно с помощью измерения времени распространения преломлённых и отражённых 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.

Ядро[править | править вики-текст]

Средняя плотность Земли 5515 кг/м3. Поскольку средняя плотность материала поверхности составляет всего лишь около 3000 кг/м3, мы должны заключить, что плотные материалы существуют в ядре Земли. Ещё одно доказательство высокой плотности ядра происходит из изучения сейсмологии.

Сейсмические измерения показывают, что ядро делится на две части — твёрдое внутреннее ядро с радиусом ~ 1220 км и жидкое внешнее ядро, с радиусом ~ 3400 км[3].

Мантия[править | править вики-текст]

Мантия Земли простирается до глубины 2890 км, что делает её самым толстым слоем Земли. Давление в нижней мантии составляет около 140 ГПа (1,4·106 атм). Мантия состоит из силикатных пород, богатых железом и магнием по отношению к вышележащей коре. Высокие температуры в мантии делают силикатный материал достаточно пластичным, чтобы могла существовать конвекция вещества в мантии, выходящего на поверхность через разломы в тектонических плитах. Плавление и вязкость вещества зависят от давления и химических изменений в мантии. Вязкость мантии колеблется от 1021 до 1024 Па·с в зависимости от глубины[4]. Для сравнения, вязкость воды составляет около 10−3 Па·с, а песка — 107 Па·с.

Кора[править | править вики-текст]

Кора колеблется от 5 до 70 км в глубину от поверхности. Самые тонкие части океанической коры, которые лежат в основе океанических бассейнов (5-10 км), состоят из плотной (мафической (англ.)) железо-магниевой силикатной породы, такой как базальт.

Ниже коры находится мантия, которая отличается составом и физическими свойствами — она более плотная, содержит в основном тугоплавкие элементы.

Историческое развитие альтернативных концепций[править | править вики-текст]

Иллюстрация гипотезы Галлея.

В 1692 году Эдмунд Галлей (в статье, напечатанной в Философских трудах Королевского общества в Лондоне), выдвинул идею о Земле, состоящей из полого корпуса около 500 миль толщиной, с двумя внутренними концентрическими оболочками вокруг внутреннего ядра, соответствующего диаметра планет Венеры, Марса и Меркурия, соответственно[5]. Научные данные, независимо получаемые в геофизике, геодезии, астрономии и химии, ещё в XIX веке (а частично — в XVIII веке) полностью опровергли гипотезу полой Земли.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Земля — статья из энциклопедии «Кругосвет»
  2. T. H. Jordan (1979). «Structural Geology of the Earth's Interior». Proceedings of the National Academy of Sciences 76 (9): 4192–4200. DOI:10.1073/pnas.76.9.4192. PMID 16592703.
  3. (May 21, 2010) «Lopsided Growth of Earth's Inner Core». Science 328 (5981): 1014–1017. DOI:10.1126/science.1186212. PMID 20395477.
  4. Uwe Walzer, Roland Hendel, John Baumgardner. Mantle Viscosity and the Thickness of the Convective Downwellings (англ.). Архивировано из первоисточника 8 апреля 2007.
  5. N. Kollerstrom (1992). «The hollow world of Edmond Halley». Journal for History of Astronomy 23: 185–192.

Литература[править | править вики-текст]

  • Джеффрис Г. Земля, ее происхождение, история и строение, пер. с англ.. — М., 1960.
  • Магницкий В. А. Внутреннее строение и физика Земли. — М., 1965.
  • Ботт М. Внутреннее строение Земли, пер. с англ.. — М., 1974.
  • Жарков В. Н. Внутреннее строение Земли и планет. — 2 изд.. — М., 1983.
  • Kruglinski, Susan. «Journey to the Center of the Earth.» Discover.
  • Lehmann, I. (1936) Inner Earth, Bur. Cent. Seismol. Int. 14, 3-31
  • Schneider, David (October 1996) A Spinning Crystal Ball, Scientific American
  • Wegener, Alfred (1915) «The Origin of Continents and Oceans»