Внутреннее строение Земли

Реферат: Внутреннее строение Земли

Реферат натему:

Внутреннеестроение Земли

Созданиемодели внутреннего строения Земли — одно из самых больших достижений науки XX столетия. Конечно, создавалисьмодели и раньше. Но они основывались на догадках и на сравнительно небольшомколичестве достоверных фактов. Больше было предположений. Нельзя сказать, чтобысегодня все в строении Земли было бы ученым ясно и понятно. Недра таят огромныйзапас загадок. Но в принципе, я думаю, можно сказать, что современная модельуже вряд ли когда-нибудь существенно изменится так, как менялись моделипрошлых, например, веков.

Но какже удалось построить ее ученым? Может быть, люди прорыли шахту до центра землии исследовали каждый метр глубины? Такую работу не то что проделать — представить себе невозможно. Нам бы еще многие годы пришлось гадать о строениинедр, если бы к середине прошлого столетия не наметился новый подход кпроблеме.

Ученыестали рассматривать Землю как физическое тело в целом. Стали изучать физическиепроцессы, которые происходят в твердой, жидкой и газообразной оболочках Земли.Заинтересовались тем, как реагирует наша планета на притяжение Луны с Солнцем,как воздействует на Землю межпланетная среда.

Специалистывплотную занялись изучением химического состава земной коры.

Окончательносформировалась наука геофизика, отдельные разделы которой были заложены еще впрошлые столетия.

Что жевошло в состав геофизики — комплекса физических наук, изучающих нашу планету?Прежде всего — гравиметрия, наука о поле силы тяжести Земли, о том, как этополе изменяется. Именно методы гравиметрии позволили нашим ученым изучить ипостроить сложную фигуру геоида, выяснить строение тех глубинных слоев, кудауже не добраться с помощью шахт и скважин, а также изучить упругие деформации — изменения размеров и формы Земли под воздействием притяжения Луны и Солнца.

Методыгравиметрии сегодня широко применяются для поиска полезных ископаемых, главнымобразом нефти, газа, угля и некоторых рудных тел, плотность которых отличаетсяот плотности прилегающих пород.

Следующийраздел новой науки сейсмология — наука о землетрясениях. Она изучает причины иусловия возникновения этих страшных бедствий, а также то, как распространяютсяволны упругих колебаний в земной толще. Наблюдая распространение этих волн,ученые составили сейсмическую модель внутреннего строения Земли, которой мыпользуемся в настоящее время.

Методысейсмологии, основанные на создании искусственных микроземлетрясений, которыевызывают геологи мирными взрывами, находят тоже применение для поисков полезныхископаемых, а также в инженерно-геологических изысканиях, когда намечают трассыдорог, строят водохранилища и плотины.

Третийраздел самый молодой. Пожалуй, лишь в наше время, уже в самые последние годы,он принял часть исследовательского груза на свою спину. Я имею в виду учение оземном магнетизме. Заложенное еще в начале XVII века, оно недавно вошло равноправным партнером вгруппу наук, занятых изучением глобальных вопросов строения и эволюции Земли.

Сегодняк физике Земли относят еще электрометрию, которая изучает естественное иискусственные электрические поля в Земле; радиометрию — исследующую излучения,испускаемые естественными радиоактивными элементами, содержащимися в горныхпородах, изучающую тепловую историю нашей планеты и современное тепловоесостояние ее недр. Есть и другие отрасли знаний, обслуживающие современнуюнауку о Земле.

Тот, ктовыберет себе в дальнейшем специальность, связанную с изучением нашей планеты,познакомится еще со множеством разделов науки о Земле. Потому что ничто непредставляет для нас такого интереса, как история и жизнь планеты, на котороймы с вами живем.

Пожалуй,изучение внутреннего строения Земли лучше всего определяется именно известнойсказочной формулой, вынесенной в заголовок. Ну в самом деле: ни того, что тамнаходится, ни того, в каком порядке это неизвестное распределяется по недрам,люди не знают. Так на что же надеются?

Правда,у нас уже есть примеры того, как, не объезжая Землю кругом, мудрый Эратосфен измерилпланету. А европейские ученые сумели определить плотность Земли или, инымисловами, «взвесили» планету без весов. Теперь осталось доказать, что плотностьраспределяется именно так, как предполагалось, то есть что в центре Землиимеется тяжелое плотное ядро.

Конечно,легко сказать, что плотность вещества Земли должна увеличиваться с глубиной, приводитьразные цифры, уверяя, что они получились в результате «теоретических расчетов»,утверждать, что в центре Земли есть плотное ядро… А вот как это все проверить,если никто до центра планеты не добирался да вряд ли и доберется в обозримоевремя? Может быть, Земля вся насквозь состоит из вещества одинаковой плотностии никакого ядра в ней нет?

Есть ухитроумных физиков один способ, позволяющий узнать распределение тяжелых масс втеле по тому, как оно движется. Изобрести этот способ было непросто. Начало емуположил немецкий математик и астроном Фридрих Бессель. В 1844 году он заметил,что в равномерном движении звезды Сириус наблюдаются странные отклонения. Будтокто-то невидимый кружится вокруг звезды и сбивает ее своим притяжением с путито в одну сторону, то в другую. Примерно так же веселый щенок на поводке, бегаявокруг своего хозяина, не дает тому выдерживать строго определенноенаправление. Такой же характер движения наблюдался и у некоторых других звезд.«А не летают ли рядом с ними тяжелые, но невидимые спутники?» — подумалматематик. Но доказать ничего не смог.

Прошловосемнадцать лет. Астрономы построили новые телескопы. И однажды увидели рядомс ярким Сириусом крохотную звездочку, еле заметную в ослепительных лучахглавной звезды. Прав был Бессель — значит, система из звезды со спутникомдвижется в пространстве немножко по другим законам, чем звезда без спутника.Даже если эта последняя и имеет ту же массу.

А вотеще пример. Если вы летали в самолетах, то, наверное, замечали: когдапассажиров немного, стюардессы рассаживают их так, чтобы они не сбивались вкучу, а распределялись, уравновешивая багаж и топливо. И это правильно. Потомучто иначе самолет может потерять равновесие при взлете и упасть. Здесь тожедвижение зависит от распределения масс, но уже внутри одного тела — самолета.

Теперьпредставьте себе, что у вас есть два шара. Размеры их одни и те же. Массы,средние плотности — все точь-в-точь одинаково. Но вы знаете, что первый шаротлит сплошным из одного металла, а у другого тяжелое ядро окружено болеелегкой оболочкой. Снаружи они ничем не отличаются. Как же все-таки выяснить, невскрывая, у какого из них есть ядро.

Воттут-то на помощь и приходит физика. Оказывается, если положить оба шара нанаклонную доску и скатывать их, как на гонках, то один будет всегда чуть-чутьотставать от другого. Это и есть сплошной шар. Его момент инерции больше, чем ушара с тяжелым ядром и легкой оболочкой.

Моментинерции как раз и есть та характеристика, которая зависит от распределения массв системе тел или в одном теле. Зная его, можно судить о том, как устроенотело, не забираясь в его середину.

НашаЗемля тоже не одиночка. Рядом с нею летает Луна. И ученые умеют определятьмоменты инерции подобных систем.

Интересноотметить, что после всех расчетов момент инерции нашей планеты оказался насемнадцать процентов меньше, чем он должен быть у сплошного шара массой иразмерами равного Земле. Значит, у нашей планеты обязательно должно бытьтяжелое ядро.

Ну какне восхититься находчивостью человеческого ума, который нашел решение такой,казалось бы, неразрешимой задачи?!

Какустроена кора Земли

Самыйверхний слой твердой земли ученые назвали корой.Состав коры сложный.Больше всего в ней оказалось кислорода, кремния и алюминия. Потом шли остальныеэлементы, но их значительно меньше. Конечно, газ кислород содержится в коре нев чистом виде. Он входит в состав окислов. Ведь даже обыкновенный песок — этоокисел кремния со всякими добавками. А простая глина — такой же окиселалюминия, но тоже со множеством добавок. Раньше легкоплавкие породы земной корыназывали «сиаль». «Си» от слова силициум — кремний, по-латински,«аль» — от алюминия. Сейчас этот термин устарел.

Состав истроение земли всегда интересовали человечество. Да и неудивительно — ведьименно кора, ее верхний слой обеспечивает человека всем необходимым для жизни.К сожалению, прошли те времена, когда каменный уголь и руду люди добывали прямос поверхности, стоило лишь разворошить чуть-чуть пахотную землю или мох илидругую какую-нибудь почву. Прошло время, когда нефть тугими фонтанами била изскважин, пробуренных на несколько десятков метров. Сейчас, чтобы найти полезныеископаемые, приходится тщательно изучать строение земной' коры и забираться внее все глубже и глубже.

Представьтесебя на минутку геологом. Ваша задача — поиск месторождения редкометаллическихруд, например вольфрамовых и молибденовых. Оба металла — важнейшие инезаменимые добавки для высокосортных сталей: вольфрам входит в составвысокопрочных сплавов, а молибден — жаропрочных. Как же ищут руды, содержащиеэти столь необходимые современной промышленности металлы?

Вольфрам- металл тяжелый. Может быть, и руды его более плотные, чем окружающие породы?Если так, то можно применить гравитационную разведку. Найти место, где силатяжести чуть больше, там и рыть. Но вот беда: оба металла — и вольфрам имолибден — содержатся в горных породах в таких небольших количествах, чтопрактически ничем не изменяют их свойств. Нет, гравитационная разведка негодится. Может быть, попробовать магниторазведку? Но горные породы, содержащиевольфрамовые и молибденовые руды, почти не магнитны. И по электрическимсвойствам они слишком мало отличаются от окружающих горных пород. Как же ихискать?

Правда,по имеющемуся опыту, мы знаем, что вольфрамовые и молибденовые месторождениячасто бывают рядом с гранитными массивами. Как же они там оказываются?Попробуем представить себе этот процесс.

Глубокопод земной корой находятся очаги раскаленной магмы. Могучие силы земногодавления сдавливают ее. Бьется горячее земное «варево», ищет, куда быпрорваться. Самый легкий путь — наверх, там давление поменьше. Найдет магматрещинку и, как паста из тюбика, выдавливается, выдавливается. Раздвигаетпороды, уплотняет их, прогревает. Окружает себя как скорлупой. В такой скорлупемагма остывает. А раз остывает — объем ее уменьшается. И вся масса ее как быпроседает. Между гранитом, в который превратилась остывшая магма, и прочнымсводом-скорлупой образуется пористая, трещиноватая область. В нее начинаетпробираться вода. Горячие геотермальные растворы приносят сюда соединения самыхразных металлов, часть из них выпадает в осадки. Год за годом, тысячелетие затысячелетием длится этот процесс. И образуется в пористой области месторождениередких металлов.

Значит,чтобы разведать вольфрам с молибденом, нужно сначала изучить горный район иотыскать гранитные массивы. Затем изучить состав найденных гранитов, посколькуредкие металлы встречаются далеко не во всех. Надо бить шурфы, буритьразведочные скважины. В общем, хлопот предостаточно. Нелегка работагеологоразведчиков.

Большевсего сведений о строении земной коры дал все же сейсмический метод. Я ужерассказывал о том, как под действием землетрясений или мощных взрывов частицыземли сдвигаются, передают свое движение дальше и возникают сейсмические волны.Они, как рентгеновские лучи, «просвечивают» Землю, выявляя ее внутреннеестроение.

В 1909году сербский ученый Андрей Мохоровичич, изучая землетрясение в Загребе,обнаружил слой, отделяющий земную кору от мантии.

Затемчетырнадцать лет спустя австрийский ученый В. Конрад выделил внутри земной корыеще одну границу. Выше нее скорость распространения сейсмических волн равняласьскорости таких колебаний в граните, а ниже — в базальтах. Этот слой илиповерхность назвали «поверхностью Конрада». И ученые договорились считать, чтопод осадочным, сравнительно рыхлым, слоем на глубине 20-25 километров лежатсначала граниты, а за ними, еще глубже, — базальты.

Насамом-то деле, конечно, в «гранитном слое» находятся вовсе не знакомые нам всемграниты, а множество самых разных пород, спрессованных до плотности гранита.Точно так же, как и «базальтовый слой» тоже не состоит из одного лишь базальта.

Такимтрехслойным «пирогом» представляется сегодня материковая или континентальнаякора. И совсем иначе оказалась устроена земная кора, выстилающая океаническоедно. Осадков значительно меньше, чем на суше. И куда-то пропал гранитный слой.Почему? Об этом до сих пор идут горячие споры среди ученых.

Изчего состоит мантия

Точноэтого не знает никто! Добыть кусочек вещества из глубоких недр — нет болеезаветной мечты у геологов. Сколько бы нерешенных задач сразу получило решение.Но… до этого пока далеко. Пока лишь по косвенным признакам можно обсуждатьвозможный состав и строение вещества мантии.

Долгоевремя основным материалом мантии считался оливин — хорошо знакомый многимжелтовато-зеленый, оливковый, а то и коричневый минерал, входящий в составпочти всех самых тяжелых горных пород земли, когда-либо изливавшихся из недрземных расплавленной магмой.

Изоливина же в основном состоят и каменные метеориты, прилетающие к нам на Землюиз космического пространства. Некоторые ученые считают, что это остаткистроительного материала, из которого образовались планеты, в том числе и нашаЗемля.

В 1936году известный английский физик и видный общественный деятель Джон Берналлпредположил, что в глубине земных недр в условиях высоких температур и давленийкристаллики оливина сдавливаются, атомы переупаковываются и должны получатьсякристаллы другой, большей плотности. Аналогичную идею высказал в то же время ипрофессор Ленинградского горного института Владимир (Вартан) НикитовичЛодочников. Он считал, что все физические свойства материи, находящейся вглубине Земли, должны изменяться.

Ученыестали испытывать оливин в лабораториях. Кубики желто-зеленого минераласдавливали и нагревали, снова нагревали и опять сдавливали. Очень подходилоливин под давлением по сейсмическим характеристикам к веществу мантии, но…При давлениях, соответствовавших глубине примерно четыреста километров, онразрушался. Значит, из него могла состоять только верхняя и частично средняямантия. А что же входит в состав нижней?