Средняя плотность поверхностных слоев земного шара. Вещественный состав земли

Химический состав Земли (рис. 1) схож с составом других планет земной группы, например Венеры или Марса.

В целом преобладают такие элементы, как железо, кислород, кремний, магний, никель. Содержание легких элементов невелико. Средняя плотность вещества Земли 5,5 г/см3.

О внутреннем строении Земли достоверных данных весьма мало. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра.

Рис. 1. Химический состав Земли

Рис. 2. Внутреннее строение Земли

Ядро расположено в центре Земли, его радиус составляет около 3,5 тыс. км. Температура ядра достигает 10 000 К, т. е. она выше, чем температура внешних слоев Солнца, а его плотность составляет 13 г/см3 (сравните: вода - 1 г/см3). Ядро предположительно состоит из сплавов железа и никеля.

Внешнее ядро Земли имеет большую мощность, чем внутреннее (радиус 2200 км) и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению. Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии.

Мантия - геосфера Земли, которая окружает ядро и составляет 83 % от объема нашей планеты. Нижняя ее граница располагается на глубине 2900 км. Мантия разделяется на менее плотную и пластичную верхнюю часть (800-900 км), из которой образуется магма (в переводе с греческого означает «густая мазь»; это расплавленное вещество земных недр - смесь химических соединений и элементов, в том числе газов, в особом полужидком состоянии); и кристаллическую нижнюю, тол- шиной около 2000 км.

Земная кора - внешняя оболочка литосферы. Ее плотность примерно в два раза меньше, чем средняя плотность Земли, - 3 г/см3.

От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича (ее часто называют границей Мохо), характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн. Она была установлена в 1909 г. хорватским ученым Андреем Мохоровичичем (1857- 1936).

Поскольку процессы, происходящие в самой верхней части мантии, влияют на движения вещества в земной коре, их объединяют под общим названием литосфера (каменная оболочка). Мощность литосферы колеблется от 50 до 200 км.

Ниже литосферы располагается астеносфера - менее твердая и менее вязкая, но более пластичная оболочка с температурой 1200 °С. Она может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Астеносфера - это источник вулканизма. В ней находятся очаги расплавленной магмы, которая внедряется в земную кору или изливается на земную поверхность.

2. Литосфера и её строение

Литосфера - это твердая оболочка Земли, состоящая из земной коры и верхней части мантии (от греч. lithos - камень и sphaira - шар). Известно, что существует тесная связь между литосферой и мантией Земли. Мощность литосферы составляет в среднем от 70 до 250 км.

Литосфера – это внешняя оболочка «твёрдой» Земли.

Земная кора и верхняя (твердая) часть мантии образуют литосферу. Она представляет собой «шар» из твёрдого вещества радиусом около 6400км. Земная кора - внешняя оболочка литосферы. Состоит из осадочного, гранитного и базальтового слоев. Отличают океаническую и материковую земную кору. В составе первой отсутствует гранитный слой. Максимальная толщина земной коры около 70 км - под горными системами, 30- 40 км - под равнинами, наиболее тонкая земная кора - под океанами, всего 5- 10 км.
Остальную часть мы называем внутренней литосферой, которая включает также и центральную часть, называемую ядром. О внутренних слоях литосферы нам почти ничего не известно, хотя на их долю приходится почти 99,5% всей массы Земли. Их можно изучать только с помощью сейсмических исследований.

Мощность литосферы изменяется от 50 км (под океанами) до 100 км (под материками) . Cтроение литосферы представлено её крупными блоками – литосферными плитами, отделёнными друг от друга глубинными тектоническими разломами. Литосферные плиты движутся в горизонтальном направлении со средней скоростью 5-10 см в год.

Вспомните

• Что вы знаете о внутреннем строении Земли? Какие горные породы вам известны? По каким свойствам они различаются?

Недра Земли - загадочный и гораздо менее доступный мир, чем окружающий нашу планету космос. Еще не изобретен такой аппарат, в котором можно было бы проникнуть в глубины планеты. Самая глубокая в мире шахта имеет глубину 4 км, самая глубокая буровая скважина на Кольском полуострове - 12 км. Это всего лишь 1/500 часть радиуса Земли!

Однако люди научились «заглядывать» в земные глубины. Главный метод их изучения - сейсмический (от греч. «сейсмос» - землетрясение). От землетрясений или искусственных взрывов в недрах Земли распространяются колебания. В разных по составу и плотности веществах они распространяются с разной скоростью. С помощью приборов специалисты измеряют эти скорости и расшифровывают информацию.

Установлено, что недра нашей планеты разделены на несколько оболочек: ядро, мантию и земную кору (рис. 33).

Ядро - центральная часть земного шара. В нем очень высокое давление и температура 3000-4000 °С. Ядро состоит из самого плотного и тяжелого вещества, предположительно железа. На ядро приходится около 30% массы Земли, но только 15% ее объема. Внутренняя твердая часть ядра как бы плавает во внешнем, жидком слое. Благодаря такому движению вокруг Земли возникает магнитное поле. Оно защищает жизнь на нашей планете от вредных космических лучей. На магнитное поле реагирует стрелка компаса.

Рис. 33. Внутреннее строение Земли

По мнению ученых, расслоение вещества Земли на ядро, мантию и земную кору происходило с момента образования планеты 4,6 млрд лет назад и продолжается до настоящего времени. Более тяжелые вещества опускаются к центру Земли и еще более уплотняются, легкие- поднимаются вверх и образуют земную кору. При перераспределении вещества Земли выделяется тепло - главный источник внутренней энергии Земли. Когда расслоение земных недр полностью закончится, Земля станет холодной и мертвой планетой. По расчетам, это может произойти через 1,5 млрд лет.

Мантия (от греч. «мантия» - покрывало, плащ) - самая большая из внутренних оболочек Земли. На мантию приходится основной объем (более 80%) и масса (почти 70%) нашей планеты. Вещество мантии твердое, но менее плотное, чем в ядре. Давление и температура в мантии увеличиваются с глубиной. В верхней части мантии есть слой, где вещество частично расплавлено и пластично. По этому пластичному слою перемещаются твердые слои, лежащие выше.

Земная кора - самая тонкая, наружная оболочка Земли. На долю земной коры приходится меньше 1% массы земного шара. Именно на поверхности земной коры живут люди, из нее они добывают полезные ископаемые. В разных местах земную кору пронизывают многочисленные шахты и буровые скважины. Миллионы образцов, отобранные из них и с поверхности Земли, позволили определить состав и строение земной коры.

Полевые шпаты составляют половину массы земной коры. Даже название «полевые» они получили из-за повсеместного распространения. Их можно встретить везде: в горах, в поле...

Кварц - один из самых распространенных минералов. Бесцветный кварц называется горным хрусталем. Известны разновидности кварца других цветов: фиолетового, желтого, коричневого, черного.

Из чего состоит земная кора. Земная кора состоит из горных пород, а горные породы - из минералов. (Вспомните, с какими минералами вы знакомы. Где вам удалось их увидеть?)

Минералы - природные вещества с разным составом, свойствами и внешними признаками.

Минералы различают по таким признакам, как цвет, твердость, блеск, прозрачность, плотность. Минералы образовывались и продолжают образовываться как в глубоких слоях земной коры, так и на ее поверхности.

Рис. 34. Самые распространенные на Земле минералы: а - полевой шпат; б - кварц; в - слюда

Людям известно около 3000 минералов. Большинство из них встречается редко. К редким минералам относятся алмаз, платина, серебро, графит. Широко распространенных минералов, из которых в основном состоят горные породы, всего несколько десятков. Больше всего на Земле полевых шпатов, кварца, слюд (рис. 34). Минералы образуют горные породы.

Горные породы - это природные тела, состоящие из одного или нескольких минералов.

Кристаллы минералов в горной породе могут быть разного размера. Во многих породах их можно рассмотреть только под микроскопом. Кристаллы минералов соединяются между собой с разной прочностью. Поэтому одни породы твердые и монолитные, другие - пористые и легкие, третьи - рыхлые и сыпучие. Состав минералов в горной породе и прочность их соединения зависят от условий, в которых данная порода образовывалась. По условиям образования все горные породы делятся на три большие группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Вопросы и задания

1. Что больше по массе - ядро, мантия или земная кора?
2. В каком состоянии вещество находится в мантии? в ядре?
3. Что такое горная порода? Чем она отличается от минерала?
4. Приведите примеры горных пород и минералов, распространенных в вашей местности.

Земная кора — тонкая верхняя оболочка Земли, которая имеет толщину на континентах 40-50 км, под океанами -5-10 км и составляет всего около 1% массы Земли.

Восемь элементов - кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций, натрий - образовывают 99,5% земной коры.

На континентах кора трехслойная: осадочные породы укрывают гранитные, а гранитные залегают на базальтовых. Под океанами кора «океанического», двухслойного типа; осадочные породы залегают просто на базальтах, гранитного пласта нет. Различают также переходный тип земной коры (островно-дуговые зоны на окраинах океанов и некоторые участки на материках, например ).

Наибольшую толщину земная кора имеет в горных районах (под Гималаями — свыше 75 км), среднюю - в районах платформ (под Западно-Сибирской низиной - 35-40, в границах Русской платформы - 30-35), а наименьшую-в центральных районах океанов (5-7 км).

Преобладающая часть земной поверхности - это равнины континентов и океанического дна Континенты окружены шельфом — мелководной полосой глубиной до 200 г и средней шириной близко SO км, которая после резкого обрывчатого изгиба дна переходит в континентальный склон (уклон изменяется от 15-17 до 20-30°). Склоны постепенно выравниваются и переходят в абиссальные равнины (глубины 3,7-6,0 км). Наибольшие глубины (9-11 км) имеют океанические желоба, подавляющее большинство которых расположенная на северной и западной окраинах .

Земная кора формировалась постепенно: сначала был сформирован базальтовый слой, затем — гранитный, осадочный слой продолжает формироваться и в настоящее время.

Глубинные толщи литосферы, которые исследуют геофизическими методами, имеют довольно сложную и еще недостаточно изученное строение, также, как мантия и ядро Земли. Но уже известно, что с глубиной плотность пород возрастает, и если на поверхности она составляет в среднем 2,3-2,7 г/см3, то на глубине близко 400 км — 3,5 г/см3, а на глубине 2900 км (граница мантии и внешнего ядра) — 5,6 г/см3. В центре ядра, где давление достигает 3,5 тыс. т/см2, она увеличивается до 13-17 г/см3. Установлен также и характер возрастания глубинной температуры Земли. На глубине 100 км она составляет приблизительно 1300 К, на глубине близко 3000 км -4800 К, а в центре земного ядра - 6900 К.

Преобладающая часть вещества Земли находится в твердом состоянии, но на границе земной коры и верхней мантии (глубины 100-150 км) залегает толща смягченных, тестообразных горных пород. Эта толща (100-150 км) называется астеносферой. Геофизики считают, что в разреженном состоянии могут находиться и другие участки Земли (за счет разуплотнения, активного радиораспада пород и т.п.), в частности — зона внешнего ядра. Внутреннее ядро находится в металлической фазе, но относительно его вещественного состава единого мнения на сегодня нет.

Земля входит в состав Солнечной системы, находится на дистанции 149,8 миллионов километров от Солнца и является пятой по размеру среди других планет.

Немного о планете Земля

Скорость обращения небесного тела вокруг Солнца составляет 29,765 км/с. Полный оборот она делает за 365.24 солнечных суток.

Наша планета Земля обладает одним спутником. Это Луна. Она находится на орбите нашей планеты на дистанции 384 400 км. У Марса насчитывается два спутника, а у Юпитера - шестьдесят семь. Средний радиус нашей планеты составляет 6371 км, при этом она похожа на эллипсоид, немного сплюснутый у полюсов и вытянутый по экватору.

Масса и плотность Земли

Её масса составляет 5,98*1024 кг, а средняя плотность Земли равна 5.52 г/см 3 . В то же время этот показатель у земной коры находится в пределах 2.71 г/см 3 . Из этого следует, что плотность планеты Земля значительно увеличивается по направлению к глубине. Это связано с особенностью ее строения.

Впервые средняя плотность Земли была определена И. Ньютоном, который вычислил ее в размере 5-6 г/см 3 . Ее химический состав имеет сходство с планетами земной группы, такими как Венера и Марс и частично Меркурий. Состав Земли: железо - 32%, кислород - 30%, кремний - 15%, магний - 14%, сера - 3%, никель - 2%, кальций - 1,6% и алюминий - 1,5%. На остававшиеся элементы в сумме приходится около 1,2%.

Наша планета - голубая путешественница в космосе

Нахождение Земли недалеко от Солнца влияет на наличие тех или других химических веществ как в жидком, так и газообразном состоянии. Благодаря этому разнообразен, образовалась атмосфера, гидросфера и литосфера. Атмосфера в основном состоит из смеси газов: азота и кислорода 78% и 21% соответственно. А также углекислого газа - 1,6% и ничтожного количества инертных газов, таких как гелий, неон, ксенон и других.

Гидросфера нашей планеты состоит из воды и занимает 3/4 её поверхности. Земля — единственная известная на сегодня планета Солнечной системы, которая обладает гидросферой. Вода сыграла решающую роль в процессе возникновения жизни на Земле. Благодаря ее циркуляции и высокой теплоёмкости гидросфера уравновешивает климатические условия на разных широтах и формирует климат на планете. Её представляют океаны, реки и Твёрдая часть нашей планеты состоит из осадочных образований, гранитного и базальтового слоя.

и её структура

Земля, как и остальные планеты земной группы, обладает слоистым внутренним строением. В её центре находится ядро.

Далее следует мантия, которая занимает значительную часть объёма планеты, а затем Между собой образовавшиеся слои сильно отличаются по своему составу. За срок существования нашей планеты, свыше 4,5 миллиардов лет, более тяжёлые породы и элементы под воздействием силы тяжести проникали все дальше и дальше в центр Земли. Другие элементы, более лёгкие, оставались ближе к её поверхности.

Сложность и недосягаемость изучения недр

Человеку очень сложно проникнуть вглубь Земли. Одна из самых глубоких скважин пробурена на Кольском полуострове. Её глубина достигает 12 километров.

При этом расстояние от поверхности до центра планеты составляет более 6300 километров.

Используем косвенные инструменты исследования

Из-за этого недра нашей планеты, размещённые на значительной глубине, анализируют по результатам сейсмической разведки. Каждый час в разных точках Земли отмечается примерно десять колебаний ее поверхности. На основании полученных данных тысячи сейсмических станций проводят исследование распространения волн при землетрясении. Эти колебания распространяются точно так же, как круги на воде от брошенного объекта. Когда волна проникает в более уплотнённый слой, её скорость резко изменяется. Используя полученные данные, учёные смогли определить границы внутренних оболочек нашей планеты. В строении Земли различают три основных слоя.

Земная кора и её свойства

Верхняя - это земная кора. Её толщина может варьироваться от 5 километров в океанических областях до 70 километров в горных районах материковой части. По отношению ко всей планете эта оболочка не толще яичной скорлупы, а под ней бушует подземный огонь. Отголоски глубинных процессов, происходящих в недрах Земли, которые мы наблюдаем в виде извержений вулканов и землетрясений, вызывают большие разрушения.

Земная кора - это единственный слой, который доступен людям для жизни и полноценных исследований. Структура земной коры под континентами и океанами различна.

Континентальная земная кора занимает гораздо меньшую но имеет более сложное строение. Она содержит под осадочным слоем внешний гранитный и нижний базальтовый слои. В континентальной коре встречаются более давние породы, возраст которых почти два миллиарда лет.

Более тонкая, всего около пяти километров, и содержит два слоя: нижний базальтовый и верхний осадочный. Возраст океанических пород не превышает 150 миллионов лет. В этом слое может существовать жизнь.

Мантия и что мы о ней знаем

Под корой залегает слой, именуемый мантией. Граница между ею и корой довольно резко обозначена. Она названа слоем Мохоровича, и её можно обнаружить на глубине около сорока километров. Граница Мохоровича состоит в основном из базальтов и силикатов, находящихся в твёрдом состоянии. Исключение составляют некие «лавовые карманы», которые находятся в жидком виде.

Толщина мантии - почти три тысячи километров. Такие же слои обнаружены и на других планетах. На этой границе происходит чёткое возрастание сейсмических скоростей от 7,81 до 8,22 км/с. Мантию Земли подразделяют на верхнюю и нижнюю составляющие. Границей между данными геосферами служит слой Галицина, который находится на глубине около 670 км.

Как формировалось знание о мантии?

В начале 20-го века интенсивно обсуждалась граница Мохоровича. Некоторые исследователи считали, что именно там происходит метаморфический процесс, при котором формируются породы с высокой плотностью. Другие ученые объясняли резкое увеличение скорости движения сейсмических волн сменой содержания состава пород от относительно лёгких к более тяжёлым типам.

Сейчас эта точка зрения считается основной в понимании и методах исследования процессов, происходящих внутри планеты. Сама непосредственно недоступна для прямых исследований по причине глубокого залегания, и она не выходит на поверхность.

Поэтому основная информация получена геохимическими и геофизическими способами. В целом реконструкция через имеющиеся источники - весьма сложная задача.
Мантия, принимающая излучение из центра, разогрета от 800 градусов наверху до 2000 градусов около ядра. Предполагается, собственно, что вещество мантии пребывает в беспрерывном движении.

Чему равна плотность Земли в области мантии?

Плотность Земли в пределах мантии достигает порядка 5,9 г/см 3 . Давление растёт с увеличением глубины и может достигать 1,6 млн. атмосфер. В вопросе определения температуры в мантии мнения учёных не однозначны и достаточно противоречивы, 1500-10000 градусов Цельсия. Таковы сложившиеся мнения в учёных кругах.

Чем ближе к центру, тем горячее

В центре Земли размещено ядро. Его верхняя часть находится на глубине 2900 километров от поверхности (внешнее ядро) и составляет около 30% от общей массы планеты. Этот слой обладает свойствами тягучей жидкости и электропроводностью. Содержит в себе около 12% серы и 88% железа. На границе ядра и мантии резко возрастает плотность Земли и достигает порядка 9,5 г/см 3 . На глубине приблизительно 5100 км распознают его внутреннюю часть, радиус которой составляет около 1260 километров, а масса - 1,7% от общей массы планеты.

Давление в центре столь огромно, что железо и никель, которые должны быть жидкими, пребывают в твёрдом состоянии. По мнению научных исследований, центр Земли является местом со сверхэкстремальными условиями с давлением в 3,5 миллиона атмосфер и температурой выше 6000 градусов.

В связи с этим железоникелевый сплав не переходит в жидкое состояние, несмотря на то что температура плавления подобных металлов равна 1450-1500 градусов Цельсия. Из-за гигантского давления в центре масса и плотность Земли достаточно огромны. Один кубический дециметр вещества весит примерно двенадцать с половиной килограмм. Это уникальное и единственное место, где плотность планеты значительно выше, чем в любом другом её слое.

Раскрыть все механизмы взаимодействия внутри Земли было бы не только интересно, но и полезно. Нам бы стало понятно образование различных полезных ископаемых и их местонахождение. Возможно, полноценно стал бы понятен механизм возникновения землетрясений, что дало бы возможность точно их предупреждать. На сегодня они непредсказуемы и приносят много жертв и разрушений. Точные знания о конвекции потоков и их взаимодействии с литосферой, возможно, прольют свет на эту проблему. Поэтому будущим учёным предстоит долгая, интересная и полезная работа для всего человечества.

Земная кора - твердый поверхностный слой нашей планеты. Она образовалась миллиарды лет назад и постоянно изменяет свой вид под влиянием внешних и внутренних сил. Часть её скрыта под водой, другая - образует сушу. Земная кора состоит из различных химических веществ. Давайте узнаем из каких.

Поверхность планеты

Спустя сотни миллионов лет после возникновения Земли, её внешний слой из кипящих расплавленных пород начал остывать и образовал земную кору. Год от года поверхность изменялась. На ней появлялись трещины, горы, вулканы. Ветер сглаживал их, чтобы через время они появились вновь, но уже в других местах.

Благодаря внешним и внутренним твёрдый слой планеты неоднороден. С точки зрения структуры, можно выделить такие элементы земной коры:

• геосинклинали или складчатые области;
• платформы;
• краевые разломы и прогибы.

Платформы представляют собой обширные малоподвижные участки. Их верхний слой (до глубины в 3-4 км) покрывают осадочные породы, которые залегают горизонтальными слоями. Нижний уровень (фундамент) сильно смят. Он сложен метаморфозными породами и может содержать магматические вкрапления.

Геосинклинали - это тектонически активные участки, где происходят процессы горообразования. Они возникают в местах соединения океанического дна и материковой платформы, или в прогибе дна океана между материками.

Если горы образуются близко к границе платформы, могут возникать краевые разломы и прогибы. Они достигают до 17 километров в глубину и тянутся вдоль горного образования. Со временем здесь скапливаются осадочные породы и образуются месторождения полезных ископаемых (нефти, каменные и калийные соли и т. д.).

Состав коры

Масса коры составляет 2,8·1019 тонн. Это всего лишь 0,473 % от массы всей планеты. Содержание в ней веществ не такое разнообразное, как в мантии. Её формируют базальты, граниты и осадочные породы.

На 99,8 % земная кора состоит из восемнадцати элементов. На остальные приходится только 0,2 %. Самыми распространёнными являются кислород и кремний, которые составляют основное количество массы. Кроме них, кора богата алюминием, железом, калием, кальцием, натрием, углеродом, водородом, фосфором, хлором, азотом, фтором и т. д. Содержание этих веществ видно в таблице:

Название элемента
Кислород
Алюминий
Марганец

Редчайшим элементом считается астат - крайне неустойчивое и ядовитое вещество. К редким также относится теллур, индий, таллий. Часто они рассеяны и не содержат больших скоплений в одном месте.

Континентальная кора

Материковая или континентальная кора - это то, что мы обычно называем сушей. Она довольно стара и покрывает около 40 % всей планеты. Многие её участки достигают возраста от 2 до 4,4 миллиардов лет.

Материковая земная кора состоит из трёх слоёв. Сверху её покрывает прерывистый осадочный чехол. Породы в нем залегают слоями или пластами, так как формируются вследствие спрессовывания и уплотнения осадков солей или остатков микроорганизмов.

Нижний и более древний слой представлен гранитами и гнейсами. Они не всегда скрыты под осадочными породами. В некоторых местах они выходят на поверхность в виде кристаллических щитов.

Самый нижний слой состоит из метаморфических пород наподобии базальтов и гранулитов. Базальтовый слой может достигать 20-35 километров.

Океаническая кора

Часть земной коры, скрытая под водами Мирового океана, называется океанической. Она тоньше и моложе континентальной. По возрасту кора не достигает и двухсот миллионов лет, а её толщина составляет примерно 7 километров.

Материковая земная кора состоит из осадочных пород из глубоководных остатков. Ниже располагается базальтовый слой толщиной 5-6 километров. Под ним начинается мантия, представленная здесь в основном перидотитами и дунитами.

Каждые сто миллионов лет кора обновляется. Она поглощается в зонах субдукции и формируется вновь в области срединно-океанических хребтов, при помощи выходящих наружу минералов.