37. Внутреннее строение Земли. Геологическая шкала времени.

Строение Земли.

Все земные оболочки взаимосвязаны и проникают друг в друга. Гидросфера всегда присутствует в литосфере и атмосфере, атмосфера — в литосфере и гидросфере и т.д. С атмосферой, гидросферой и литосферой тесно связаны внутренние оболочки Земли. Кроме того, во всех оболочках, кроме мантии и ядра, присутствует биосфера.

Ядро Земли.

Ядро занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км. Ядро состоит из двух частей — большого внешнего и малого внутреннего ядер.

Внутреннее ядро. Природа внутреннего ядра Земли начиная с глубины 5000 км остается загадкой. Это шар диаметром 2200 км, который, как полагают ученые, состоит из железа (80%) и никеля (20%). Соответствующий сплав при существующем давлении внутри земных недр имеет температуру плавления порядка 4500° С.

Внешнее ядро. Судя по геофизическим данным, внешнее ядро представляет собой жидкость — расплавленное железо с примесью никеля и серы. Это связано с тем, что давление в этом слое меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2900—5000 км. Чтобы внутреннее ядро оставалось твердым, а внешнее — жидким, температура в центре Земли не должна превышать 4500° С, но и не быть ниже 3200° С.

С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе земного магнетизма. Магнитное поле Земли изменчиво, из года в год меняется положение магнитных полюсов. Палеомагнитные исследования показали, что, например, на протяжении последних 80 млн. лет имело место не только изменение напряженности поля, но и многократное систематические перемагничивание, в результате которого Северный и Южный магнитные полюса Земли менялись местами. В периоды смены полярности наступали моменты полного исчезновения магнитного поля. Следовательно, земной магнетизм не может создаваться постоянным магнитом за счет стационарной намагниченности ядра или какой-либо его части. Предполагается, что магнитное поле создается процессом, названным эффектом динамо-машины с самовозбуждением. Роль ротора (подвижного элемента), или динамо, может играть масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси, а система возбуждения образуется токами, создающими замкнутые петли внутри сферы ядра.

Мантия.

Мантия Земли, расположенная от подошвы земной коры вплоть до поверхности ядра, находящегося на глубине 2900 км, главным образом состоит из окислов кремния, магния и желе­за. Вещество мантии находится в жидком состоянии, но вязкость его очень высока. Для всей мантии характерны ин­тенсивные конвективные движения, обуславливающие смещения литосферных плит и приводящие к извержению на поверхность Земли высокотемпературных (ок. 1300 С) лав — мантийного ве­щества.

Литосфера и астеносфера.

Ближайшие к поверхности Земли слои мантии — это лито - и астеносфера. Литосфера состоит из плит, которые при отсут­ствии внешних воздействий длительное время сохраняют свою форму. Как правило, располагающееся под литосферными пли­тами вещество астеносферы частично размягчено и под давлени­ем деформируется, течет.

Деформируемость астеносферы допускает скольжение по ней литосферных плит. Перемещения литосферных плит, крупней­шие из которых Тихоокеанская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Евразиатская, Индо-Австралийская и Антарктическая, составляют единицы сантиметров (ок. 3 см) в год, однако за миллионы лет им удавалось преодолевать пути в тысячи километров. Соприкасаясь, литосферные плиты взаимодействуют друг с другом и приходят во вращение. Суще­ствуют весьма тщательно разработанные глобальные кинемати­ческие модели современного относительного движения лито­сферных плит. Мощность (толщина) литосферных плит составляет от 2 до 100 км.

Гидросфера.

Гидросфера состоит из вод океанов, морей, озер, рек, подзем­ных источников и материковых льдов, а также воды, содержащей­ся в связанном состоянии в гидросиликатах. Большая часть гид­росферы (ок. 63%) сосредоточена в Мировом океане. На пресные воды суши приходится не более 0,05% всех вод, сосредоточенных в верхних геосферах Земли (21,73 • 10²⁰ кг). Средняя глубина оке­анов 3711 м, а наибольшая 11022 м (Марианский желоб в Тихом океане). Средняя годовая температура поверхности вод океанов 17,5 °С. Мировой океан занимает 70,8% земной поверхности. В океанической воде растворены едва ли не все элементы табли­цы Менделеева, преобладают хлор (19,35%) и натрий (10,76%).

Земная кора.

Внешняя оболочка Земли, толщиной менее 10 км под океанами, но более 25 км под материками. Образует­ся за счет движения литосферных плит, разрушения и выветривания горных пород и осадконакоплений. Океаническая кора со­стоит в основном из базальтов — пород вулканического проис­хождения, в которых преобладают полевой шпат и пироксен. Континентальная кора сложена главным образом из гранитов и магматических пород, содержащих преимущественно кварц, кальциевый полевой шпат, кислый плагиоклаз и слюду. Плот­ность океанической коры больше, чем плотность континенталь­ной коры. Максимальная контрастность рельефа определяется тектонической активностью Земли и достигает 16—17 км. Со вре­менем неровности рельефа уменьшаются, «растекаются» вслед­ствие действия на земную кору гравитационных сил. По этой причине перепады высот в таких древних горных поясах, как, например, Уральские горы, не превышают 2 км.

Атмосфера.

Газовая (воздушная) оболочка Земли, распространяющаяся до высот более 100 км. Атмосфера вращается вместе с Землёй. У поверхности Земли современная атмосфера со­стоит в основном из азота (78,1%) и кислорода (21%). Давление и плотность воздуха с высотой убывают. В высоте 20-25 км на­ходится слой озона, предохраняющий живые организмы на Зем­ле от вредного для них коротковолнового излучения.

В атмосфере часто выделяют пять слоев: тропосфера (дости­гает на экваторе толщины 16—18 км), стратосфера (доходит до 55 км), мезосфера (достигает высоты 80 км, у верхней границы температура 80-90 С), ионосфера (расположена до высоты 800 км оказывает значительное влияние на распространение радиоволн), экзосфера (простирается от ионосферы до 2000—3000 км, эффек­тивная температура порядка 2000 °С).

Магнитосфера.

Магнитосфера Земли простирается на десятки и даже сот­ни тысяч километров. Состояние магнитосферы определяется вза­имодействием магнитного поля Земли с потоками космических, особенно высокоэнергетических, частиц. Конфигурация силовых линий магнитного поля Земли такова, что движущиеся по ним частицы попадают в так называемые ловушки, курсируя от Северного полушария в Южное и обратно. Магнитные ловушки по­добно озоновому слою защищают живые организмы Земли от вредных для них излучений. К сожалению, техническая деятель­ность человечества разрушает не только озоновый слой, но и маг­нитные ловушки. Проблемы с озоновым слоем стали предельно актуальными уже в наши дни. Проблемы с магнитными ло­вушками ожидают человечество в будущем, возможно весьма не­далеком.

Геологическая шкала времени.

Интервалы геологического времени (начала периодов и эпох в миллионах лет от настоящего времени).

В названиях эонов и эр присутствует корень «зой» (от греч. zoe — жизнь), сопровождаемый приставками к нему фанеро — (от греч. phaneros — явный), протеро (от греч. proteros — более ранний, первый из двух), кайно (от греч. kainos — новый), мезо (от греч. mesos — средний), палео (от греч. palaios — древний). В названиях геологических эпох присутствует корень «цен». Приставки к корню «цен» характеризуют степень наличия так называемых новых (современных) организмов. Так, выражения «голоцен» и «миоцен» означают соответственно «все новые ор­ганизмы» (от греч. holos — весь) и «среднее количество новых организмов» (от греч. mios — средний). В названиях геологиче­ских периодов от ранней их классификации сохранились толь­ко два выражения: третичный и четвертичный (термины пер­вичный и вторичный периоды больше не используются). Часть названий геологических периодов связаны либо с местностями, либо с характером вещественных отложений. Так, девонский пе­риод характеризует возраст отложений, впервые изученных в графстве Девоншир в Англии. Меловой период характеризует возрастные особенности геологических отложений, содержащих много мела.