Строение Земли
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
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
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.
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
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
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
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 (шаблон не поддерживает такой синтаксис) 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
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
Примечания
- ↑ Земля — статья из энциклопедии «Кругосвет»
- ↑ 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. PMC 411539. PMID 16592703.
- ↑ Monnereau, Marc; Calvet, Marie; Margerin, Ludovic; Souriau, Annie (May 21, 2010). "Lopsided Growth of Earth's Inner Core". Science. 328 (5981): 1014—1017. doi:10.1126/science.1186212. PMID 20395477.
- ↑ Uwe Walzer, Roland Hendel, John Baumgardner. Mantle Viscosity and the Thickness of the Convective Downwellings (англ.). Архивировано 8 апреля 2007 года.
- ↑ N. Kollerstrom (1992). "The hollow world of Edmond Halley". Journal for History of Astronomy. 23: 185—192.
Литература
- 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»