Планета Земля: эволюция, строение, динамика

В нижней мантии на глубине 2900 километров отмечается резкий скачок не только в скорости продольных волн, но и в плотности, а поперечные волны здесь исчезают совсем, что указывает на смену вещественного состава пород. Это внешняя граница ядра Земли.  Ядро Земли состоит из внешней и внутренней оболочек. Предполагают, что с глубины 2900 км до глубины 5100 км находится внешнее ядро, по своему физическому состоянию приближающееся к жидкости. Оставшиеся до центра Земли 1270 км составляют внутреннее ядро. Оно твердое и на 80 % состоит из железа и на 20% из диоксида кремния. Температура согласно расчетным данным во внутреннем ядре составляет несколько тысяч градусов (4000-5000 ^оС). Земной ядро интересовало ученых с момента его открытия  в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за относительно малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвратившихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давление ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Новые исследования способны обеспечить более детальную картину центра нашей планеты. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее ядро), переход между которыми лежит на глубине 5156 км. Железо - единственный элемент, который близко соответствует сейсмическим свойствам земного ядра и достаточно обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35 % ее массы. По современным данным внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая что, подобно гигантскому генератору, электрические токи, текущие в жидком ядре создают магнитное поле Земли. Слой мантии находящийся в непосредственном соприкосновении с внешним ядром, испытывает его влияние, поскольку температуры в ядре выше, чем в мантии. Местами этот слой порождает огромные направленные к поверхности Земли тепломассопотоки.

Внутреннее ядро не связано с  мантией. Полагают, что его твердое  состояние, несмотря на высокую температуру, обеспечивается гигантским давлением  в центре Земли. Высказываются предположения  о том, что в ядре помимо железоникелевых  сплавов должны присутствовать и  более легкие элементы, такие как  кремний и сера, а возможно кремний  и кислород. Вопрос о состоянии  ядра Земли до сих пор остается дискуссионным. По мере удаления от поверхности  увеличивается сжатие, которому подвергается вещество. Расчеты показывают, что  в земном ядре давление может достигать  3 млн. атм. При этом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.               

Магнитные свойства Земли. Вокруг земного шара имеется магнитное поле. По предположениям ученых оно связано с плотным богатым железом ядром Земли. Он выполняет функцию естественного магнита. Являясь большим магнитом, Земля имеет ось и два полюса. Действие магнитного поля наиболее наглядно проявляется на магнитной стрелке компаса, которая всегда показывает направление север-юг. Магнитное поле Земли не является постоянным и подвержено периодическим изменениям. Изменения могут быть суточные, годовыми и вековыми. Причины их кроются в строении земной коры и в воздействии со стороны Солнца. Установлено что некоторые магнитные изменения или бури сопровождаются землетрясениями и извержениями вулканов. Магнитное поле простирается до высоты 90 тыс. км. Выше этой зоны оно теряет способность притягивать частицы вещества.

Тектонические платформы

Согласно теории тектонических  плит, внешняя часть Земли состоит  из двух слоёв: литосферы, включающей земную кору, и затвердевшей верхней части мантии. Под Литосферой располагается астеносфера, составляющая внутреннюю часть мантии. Астеносфера ведёт себя как перегретая и чрезвычайно вязкая жидкость.

Литосфера разбита на тектонические плиты, и как бы плавает по астеносфере. Плиты представляют собой жёсткие сегменты, которые двигаются относительно друг друга. Существует три типа их взаимного перемещения: конвергенция, дивергенция и сдвиговые перемещения по трансформным разломам. На разломах между тектоническими плитами могут происходить землетрясения,вулканическая активность, орообразование, образование океанских впадин.

Список Крупнейших тектонических  плит с размерами приведён в таблице  справа. Среди плит меньших размеров следует отметить индостанскую, арабскую, карибскую плиты, плиту Наска и плиту Скотия. Австралийская плита фактически слилась с Индостанской между 50 и 55 млн лет назад. Наибольшей скоростью перемещения обладают океанские плиты; так, плита Кокос движется со скоростью 75 мм в год,а тихоокеанская плита — со скоростью 52-69 мм в год. Самая низкая скорость у евразийской плиты — 21 мм в год.

 

       

 

Крупнейшие тектонические плиты:
Название плиты	Площадь  106 км²	Зона покрытия
Африканская плита	61,3	Африка
Антарктическая плита	60,9	Антарктика
Австралийская плита	47,2	Австралия
Евразийская плита	67,8	Азия и Европа
Северо-Американская плита	75,9	Северная Америка и северо-восточная Сибирь
Южно-Американская плита	43,6	Южная Америка
Тихоокеанская плита	103,3	Тихий океан

Карта, иллюстрирующая расположение основных тектонических плит.

Географическая оболочка

Приповерхностные части планеты (верхняя часть литосферы, гидросфера, нижние слои атмосферы) в целом называются географической оболочкой и изучаются географией.

Рельеф Земли очень разнообразен. Около 70,8 % поверхности планеты покрыто водой (в том числе континентальные шельфы). Подводная поверхность гористая, включает систему срединно-океанических хребтов, а также подводные вулканы, океанические желоба, подводные каньоны, океанические плато и абиссальные равнины. Оставшиеся 29,2 %, непокрытые водой, включают горы, пустыни, равнины плоскогорья и др.

В течение геологических периодов, поверхность планеты, из-за тектонических  процессов и эрозии, постоянно изменяется. Рельеф тектонических плит формируется под воздействием выветривания, которое является следствием осадков, колебаний температур, химических воздействий. Ледники, береговая эрозия, образование коралловых рифов, столкновения с крупными метеоритами также влияют на изменение земной поверхности.

При перемещении континентальных  плит по планете, океаническое дно погружается под их надвигающиеся края. В то же время, поднимающееся из глубин вещество мантии, создаёт дивергентную границу на срединно-океанических хребтах. Совместно эти два процесса приводят к постоянному обновлению материала океанической плиты. Возраст большей части океанского дна меньше 100 млн лет. Древнейшая океаническая плита расположена в западной части Тихого океана, а её возраст составляет примерно 200 млн лет. Для сравнения, возраст старейших ископаемых, найденных на суше, достигает порядка 3 млрд лет.

Континентальные плиты состоят  из материала с низкой плотностью, такого как вулканические гранит и андезит. Менее распространён базальт — плотная вулканическая порода, являющаяся основной составляющей океанического дна. Примерно 75 % поверхности материков покрыто осадочными породами, хотя эти породы составляют примерно 5 % земной коры. Третьими по распространённости на Земле породами являются метаморфические горные породы, сформировавшиеся в результате изменения (метаморфизма) осадочных или магматических горных пород под действием высокого давления, высокой температуры или того и другого одновременно. Самые широко распространённые силикаты на поверхности Земли — это кварц, полевой шпат, амфибол,слюда, пироксен и оливин; карбонаты — кальцит (в известняке), арагонит и доломит.

Педосфера представляет собой самый верхний слой литосферы, включает почву и процессы почвообразования. Она находится на границе между литосферой, атмосферой, гидросферой. На сегодня общая площадь культивируемых земель составляет 13,31 % поверхности суши, из которых лишь 4,71 % постоянно заняты сельскохозяйственными культурами. Примерно 40 % земной суши сегодня используется для пахотных угодье и пастбищ, это примерно 1,3×10⁷ км² пахотных земель и 3,4×10⁷ км² пастбищ.

Гидросфера

Гидросфера — совокупность всех водных запасов Земли. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова, и в вечной мерзлоте, слагая криосферу.

Атмосфера

Атмосфера — газовая оболочка, окружающая планету Земля. Совокупность разделов физики и химии, изучающих атмосферу, принято называть физикой атмосферы. Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, изучением погоды занимается метеорология, а длительными вариациями климата — климатология.

Биосфера

Биосфера — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосфера), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности.

 

 

 

 

 

 

 

 

IV.Вывод

 

Что ждёт Землю  в будущем? На этот вопрос можно ответить лишь с большой степенью неопределённости, абстрагируя как от возможного внешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества, преобразующего окружающую среду, причём не всегда в лучшую сторону. 
В конце концов недра Земли остынут до такой степени, что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит, и горообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут и прекратятся. Выветривание со временем сотрёт неровности земной коры, и поверхность планеты скроется под водой. Дальнейшая её судьба будет определятся среднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замёрзнет и Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее к этому и приведёт возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнажив равную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизнь человечества на Земле будет уже не возможна, по крайней мере в нашем современном представлении о ней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

1. Джеффрис Г. Земля, ее происхождение, история и строение. – М., 1999.
2. Магницкий В.А. Внутреннее строение и физика Земли. – М., 2002.  
3. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.) — СПб., 1890—1907.