Контрольная работа. Внутреннее строение Земли

• Название: Внутреннее строение Земли
• Дата: 22.02.2023
• Размер: 387.36 Kb.
• Имя файла: Контрольная работа.docx
• Тип: Контрольная работа; #950489

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тюменский государственный нефтегазовый университет

Институт геологии месторождений нефти и газа

«Кафедра геология месторождений нефти и газа»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по курсу: «Геология»

название дисциплины

на тему: «Внутреннее строение Земли»

название темы


Выполнил: ст. гр. ЭДНб(до)зс-13-1(ЦДО)

Бугаев Антон Сергеевич

Тюмень 2015

Содержание

1. Основные границы раздела в Земле 1

4

2. Земная кора. Особенности строения континентальной и океанической типов коры 4

3. Мантия, особенности ее строения и положения в Земле. Астеносфера и литосфера, их определение и положение в разрезе Земли 6

4. Ядро и его строение 7

5. Химический состав Земли: основные химические элементы, слагающие земную кору, мантию и ядро 8

6. Агрегатное состояние вещества геосфер Земли, плотность 11

Список использованных источников 14

1. Основные границы раздела в Земле

Снаружи Земля кажется твердой и крепкой. Но если пробурить вертикальную скважину глубиной около 6400 км и спуститься вниз, то по мере спуска наблюдалось бы множество изменений. Через каждые 100 м температура повышается приблизительно на 3⁰С. Вскоре становится настолько горячо, что камень начинает плавиться. Прошли бы сквозь разнообразные каменистые слои - от твердой коры снаружи через густой слой мантии до жидкого внешнего ядра, а во внутреннем ядре, в центре Земли, не увидели бы никакого камня. Это ядро состоит из почти твердого металла[2, с. 103].

Основную часть сведений о внутреннем строении Земли геологам и геофизикам дает сейсмология – раздел геофизики, изучающий условия распространения в недрах Земли сейсмических волн, генерируемых землетрясениями. Эти волны (упругие колебания) распространяются в Земле по разным траекториям. Зная местоположение гипоцентров землетрясений (т.е. глубину, на которой они происходят) и эпицентров (проекций гипоцентров на поверхности Земли) и измеряя время пробега фронтов волн до различных границ раздела в Земле и обратно до точек на ее поверхности (для этих целей создана глобальная сеть сейсмологических станций), удается определить глубину основных границ раздела в недрах Земли. Эти границы разделяют Землю на несколько концентрических сферических оболочек. Кроме того, сейсмологические данные позволяют делать выводы о физических свойствах основных оболочек твердой Земли по скоростям, с которыми сквозь эти оболочки распространяются сейсмические волны.

Выделяют четыре основные оболочки Земли (геосферы) - кора, мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Самая внешняя (приповерхностная) оболочка Земли (оболочка А) называется земной корой. Она отделяется от подстилающей верхней мантии (оболочки B) границей Мохоровичича. Граница Моха выражена глобально, т.е. отчетливо прослеживается под континентами и океанами, хотя и на различной глубине. Континентальная кора в среднем имеет мощность около 35 км. При этом под некоторыми тектонически активными континентальными регионами глубина границы Моха уменьшается до 20 км, а под молодыми горными сооружениями, наоборот, увеличивается до 80 км.

Верхняя мантия в интервале глубин между 50 – 80 км для океанов (200 – 300 км для континентов) получила название астеносферы (сейсмической оболочки С). Выше границы 400 км выделяется верхняя астеносфера: она имеет наиболее пониженную сейсмическую добротность и резко различную мощность под континентами (100 – 200 км) и океанами (300 – 350 км). Нижняя астеносфера (интервал глубин 400 – 670 км) сейсмически более добротна и имеет постоянную мощность (около 270 км). Две внешние сейсмические оболочки Земли, А (кора) и В (подкоровая мантия), судя по характеру распространения в них упругих волн, ведут себя как твердое тело; по реологическому сходству они объединяются в литосферу[2, с. 106].

В нижней мантии (оболочке D) распространяются P- и S-волны; их скорость монотонно увеличивается соответственно до 13 и 7 км/с. Граница между нижней мантией и внешним ядром (оболочкой Е) находится на глубине 2891 км и носит название границы (раздела) Гуттенберга [2, с. 107].

Во внешнем ядре скорость распространения P-волн резко падает (до 8 км/с), а S-волны перестают распространяться вовсе. На этом основании предполагается, что внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии. Глубже 5150 км находится внутреннее ядро, в котором вновь начинают распространяться S-волны и возрастает скорость распространения P-волн, из чего следует вывод о твердом состоянии внутреннего ядра Земли.


Рисунок 1 – Схема внутреннего строения Земли [2, с. 108].

2. Земная кора. Особенности строения континентальной и океанической типов коры

В разных регионах соотношение между различными горными породами в земной коре различно, причем обнаруживается зависимость состава коры от характера рельефа и внутреннего строения территории. Результаты геофизических исследований и глубокого бурения позволили выделить два основных и два переходных типа земной коры. Основные типы маркируют такие глобальные структурные элементы коры как континенты и океаны. Эти структуры прекрасно выражены в рельефе Земли, и им свойственны континентальный и океанический типы коры.

Континентальная кора развита под континентами и имеет разную мощность. В пределах платформенных областей, соответствующих континентальным равнинам, это 35-40 км, в молодых горных сооружениях - 55-70 км. Максимальная мощность земной коры (70-75 км) установлена под Гималаями и Андами. В континентальной коре выделяются две толщи: верхняя - осадочная и нижняя - консолидированная кора. В консолидированной коре присутствуют два разноскоростных слоя: верхний гранито-метаморфический, сложенный гранитами и гнейсами, и нижний гранулитово-базитовый, сложенный породами типа габбро или ультраосновными магматическими породами[4, с. 55].

Океанская кора характерна для Мирового океана. Она отличается от континентальной по мощности и составу. Мощность ее колеблется от 5 до 12 км, составляя в среднем 6-7 км. Сверху вниз в океанской коре выделяются три слоя: верхний слой рыхлых морских осадочных пород до 1 км мощностью; средний, представленный переслаиванием базальтов, карбонатных и кремнистых пород, мощностью 1-3 км; нижний, сложенный основными породами типа габбро, часто измененными метаморфизмом до амфиболитов, и ультраосновными амфиболитами, мощность 3,5-5 км[5, с. 59].

Субокеанская кора развита под глубоководными котловинами окраинных и внутренних морей (Черное, Средиземное, Охотское и др.), а также обнаружена в некоторых глубоких впадинах на суше (центральная часть Прикаспийской впадины). Мощность субокеанской коры 10-25 км, причем увеличена она преимущественно за счет осадочного слоя, залегающего непосредственно на нижнем слое океанской коры.

Субконтинентальная кора характерна для островных дуг (Алеутской, Курильской, Южно-Антильской и др.) и окраин материков. По строению она близка к континентальной коре, но имеет меньшую мощность - 20-30 км. Особенностью субконтинентальной коры является нечеткая граница между слоями консолидированных пород.

Таким образом, различные типы земной коры отчетливо разделяют Землю на океанические и континентальные блоки. Высокое положение континентов объясняется более мощной и менее плотной земной корой, а погруженное положение ложа океанов - корой более тонкой, но более плотной и тяжелой. Область шельфа подстилается континентальной корой и является подводным окончанием материков.

3. Мантия, особенности ее строения и положения в Земле. Астеносфера и литосфера, их определение и положение в разрезе Земли

Мантия представляет собой наибольшую по объёму и массе внутреннюю оболочку Земли, ограниченную сверху границей Мохо, снизу – границей Гутенберга. В её составе выделяется верхняя мантия и нижняя мантия, разделённые границей 670 км.

Верхняя мания по геофизическим особенностям разделяется на два слоя. Верхний слой - подкоровая мантия - простирается от границы Мохо до глубин 50-80 км под океанами и 200-300 км под континентами и характеризуется плавным нарастанием скорости как продольных, так и поперечных сейсмических волн, что объясняется уплотнением пород за счёт литостатического давления вышележащих толщ. Ниже подкоровой мантии до глобальной поверхности раздела 410 км расположен слой пониженных скоростей. Как следует из названия слоя, скорости сейсмических волн в нем ниже, чем в подкоровой мантии. Более того, на некоторых участках выявляются линзы, вообще не пропускающие S-волны, это даёт основание констатировать, что вещество мантии на этих участках находится в частично расплавленном состоянии. Этот слой называют астеносферой (от греч. «asthenes» - слабый и «sphair» - сфера); термин введён в 1914 американским геологом Дж. Барреллом, в англоязычной литературе часто обозначаемый LVZ – Low Velocity Zone. Таким образом, астеносфера – это слой в верхней мантии, выявляемый на основании снижения скорости прохождения сейсмических волн и обладающий пониженной прочностью и вязкостью[5, с. 189].

Наличие пластичного астеносферного слоя, отличающегося по механическим свойствам от твёрдых вышележащих слоёв, даёт основание для выделения литосферы - твердой оболочки Земли, включающей земную кору и подкоровую мантию, расположенную выше астеносферы. Мощность литосферы составляет от 50 до 300 км. Нужно отметить, что литосфера не является монолитной каменной оболочкой планеты, а разделена на отдельные плиты, постоянно движущиеся по пластичной астеносфере. К границам литосферных плит приурочены очаги землетрясений и современного вулканизма [5, с. 206].

Глубже раздела 410 км в верхней мантии повсеместно распространяются и P-, и S-волны, а их скорость относительно монотонно нарастает с глубиной.

В нижней мантии, отделённой резкой глобальной границей 670 км, скорость Р- и S-волн монотонно, без скачкообразных изменений, нарастает соответственно до 13,6 и 7,3 км/с вплоть до раздела Гутенберга. 

4. Ядро и его строение

Земное ядро открыто в 1936 году. Получить его изображение было чрезвычайно трудно из-за малого числа сейсмических волн, достигавших его и возвращавшихся к поверхности. Кроме того, экстремальные температуры и давления ядра долгое время трудно было воспроизвести в лаборатории. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую и твердую, переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и 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, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле. Слой мантии, находящийся в 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 – плюмы [6, с. 223].

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 3емли 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 зтом многие вещества как бы металлизируются - переходят в металлическое состояние. Существовала даже гипотеза, что ядро Земли состоит из металлического водорода.

5. Химический состав Земли: основные химические элементы, слагающие земную кору, мантию и ядро

В Земле можно найти все химические элементы таблицы Д. И. Менделеева. Однако количество их неодинаково и распределены крайне неравномерно. Например, в земной коре кислород (О) составляет более 50 %, железо (Fе) – менее 5 % ее массы. Подсчитано, что базальтовый и гранитный слои состоят в основном из кислорода, кремния и алюминия, а в мантии возрастает доля кремния, магния и железа. В целом же принято считать, что на 8 элементов (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, водород) приходится 99,5 % состава земной коры, а на все остальные – 0,5 %. Средняя плотность вещества Земли 5,5 г/см³ [4, с. 158].

Как показано на рисунке 2, в химическом составе Земли, согласно данным А.Е. Ферсмана, преобладают железо (37,04%) и кислород (28,50%), затем следует кремний (14,47%), магний (11,03%), никель (2,96%), кальций (1,38%), алюминий (1,22%), сера (1,44%) и прочие 1,96%.



Рисунок 2 – Химический состав Земли

Химический состав геосфер Земли отличается. Так, состав земного ядра, по данным анализа Д. Брауна, характеризуется следующим образом [4, с. 79]:

1. 
   Внутреннее ядро 1,7% массы Земли — железо-никелевый сплав (вероятно, около 10% никеля, 90% железа);
   
2. 
   Внешнее ядро 30% массы Земли — смесь железа и серы, содержащая в основном железо, примерно 12% серы, и, вероятно, около 2% никеля. В незначительном количестве присутствуют окислы магния.
   

В составе мантии Земли преобладают кислород, кремний и алюминий, в меньшем количестве присутствуют магний и железо. В целом она представлена так называемым пиролитом — сложным комплексом пород ультраосновного состава.

Химический состав верхней и нижней мантии почти одинаковый и соответствует океаническим лерцолитам. Химический состав земной коры отличается от состава ядра и мантии. Он изучен лучше, чем глубокие сферы Земли. Из обобщения результатов химического анализа образцов горных пород, выполненных ведущими геохимиками В.И. Вернадским, А.Е. Ферсманом, А.Н. Заварицким, А.П. Виноградовым, Ф. Кларком и другими, получено, что на долю трех элементов — кислорода, кремния и алюминия приходится 84,55%; вторую распространенную группу элементов составляют: Fe, Ca, Na, F, Мg — 14,48%; на остальные многочисленные элементы отводится всего 0,8% массы земной коры. Сравнение химического состава земной коры, мантии и ядра показывает, что в земной коре более высокое содержание О, Si, A1, К, Na, Ca и низкое содержание Fe и Мg, а также Ni, Cr и Со. Эту особенность ученые объясняют химико-плотностной дифференциацией Земли, когда тяжелые элементы оседают в ядро, а легкие «всплывают» в верхней части Земли [6, с. 302].

6. Агрегатное состояние вещества геосфер Земли, плотность

Геосферы различаются главным образом плотностью составляющих их веществ. Самые плотные вещества сосредоточены в центральных частях планеты. Ядро составляет 1/3 массы Земли, кора и мантия – 2/3 [3, с. 287].

В верхних слоях земной коры преобладают породы с плотностью 2,7, очень близкой к плотности гранитов. Средняя плотность Земли установлена на основе закона всемирного тяготения с помощью маятниковых или крутильных весов и равна 5,52 г/см3. Такая большая величина средней плотности Земли, превосходящая более чем в два раза плотность наиболее распространённых в земной коре пород убеждает в том, что в недрах Земли должны быть сосредоточены массы высокой плотности. Плотность ядра определена в среднем 11 г/см3. Совершенно очевидно, что с глубиной плотность вещества Земли должна возрастать, прежде всего в связи с его сжатием под воздействием вышележащих пород. Однако данные об изменении скорости продольных сейсмических волн показывают с углублением скачки в плотности пород. До глубины 8-80 км плотность плавно возрастает от 2,7 г/см3 (плотность наиболее распространённых пород) до 2,9 г/см3 (плотность базальтов). На границе 8-80 км плотность скачкообразно возрастает до 3,4 г/см3. Далее она плавно изменяется до 5,6 г/см3. На глубине 2900 км это изменение прерывается новым скачком до 10 г/см3. В центре Земли плотность достигает 13 г/см3. Изменения плотности вещества Земли с глубиной установлены достаточно твердо и помогают судить о строении внутренних зон Земли, химическом составе и физическом состоянии масс. Плотность Земли в 5,48 раза больше плотности воды [9, с. 207].

Ядро Земли самая глубокая геосфера. Его средний радиус составляет около 3500 км, а температура ядра может достигать 4000°С. Природа внутреннего ядра Земли с глубины 5000 км остается загадкой. Это шар диаметром 2200 км. Возможно, он состоит из никелистого железа без примесей серы и находится в твердом состоянии из-за огромного давления. Судя по геофизическим данным, внешнее ядро представляет собой жидкость, состоящую из расплавленного железа с примесью никеля и серы. Это связано с тем, что давление в этом слое меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2200 км.

Мантия – наиболее мощная оболочка Земли, занимающая 2/3 ее массы и большую часть объема. Толщина нижней части мантии – 2000 км, верхней – 900 км. Данные о химическом составе мантии получены на основании анализов наиболее глубинных магматических горных пород, поступивших в верхние горизонты в результате мощных тектонических поднятий с выносом мантийного материала. Материал верхней мантии собран со дна разных участков океана. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена из силикатов и железа, прежде всего из минерала оливина [8, с. 337].

Благодаря высокому давлению вещество мантии, скорее всего, находится в кристаллическом состоянии. Температура мантии составляет около 2500°С. Именно высокие давления обусловили такое агрегатное состояние вещества, в ином случае указанные температуры привели бы к его расплавлению.

В расплавленном состоянии находится астеносфера. Литосфера как бы «плавает» в нем. В целом же верхняя мантия обладает интересной особенностью – по отношению к кратковременным нагрузкам она ведет себя как жесткий материал, а по отношению к длительным нагрузкам – как пластичный материал. На не слишком вязкую и пластичную астеносферу опирается более подвижная и легкая литосфера [8, с. 339].

Земная кора обладает высокой степенью жесткости, но и большой хрупкостью. В верхней части, она слагается гранитами, в нижней – базальтами.

Список использованных источников

1. 
   Ботт М. Внутреннее строение Земли. — М.: Мир, 2012 г. – 459 с.
   
2. 
   Варкилевский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. — М.: Наука, 2011 г. – 441 с.
   
3. 
   Германюк А.М. Общая геология,—М.: Высшая школа, 2010. – 239 с.
   
4. 
   Крутин И.В. Введение в общую теорию Земли. — М.: Мысль, 2008. – 129 с.
   
5. 
   Ломизе М.Г., Хаин В.Е. Геотектоника с основами геодинамики, М., МГУ. 2011 г. – 201 с.
   
6. 
   Фролов В.Т. Литология. Учеб.для ВУЗов в 3-х тт. М.: МГУ, 2011 г. – 330 с.
   
7. 
   Чистяков А.А., Макарова Н.В., Макаров В.И. Четвертичная геология М.: ГЕОС, 2012 г. – 403 с.
   
8. 
   Якушова А.Ф., Геология с элементами геоморфологии. М., МГУ. 2013 г. – 223 с.
   
9. 
   Якушова А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология. М., МГУ, 2010 г. – 301 с.