Как учёные изучают состав земной коры?
Вопрос трехлетнего ребенка застал меня врасплох: «Если наступить на канализационный люк, можно провалиться в центр Земли?» В поисках ответа мы погрузились в науки, которые занимаются исследованием земной коры.
Предположения о внутреннем строении Земли
Со школьного курса географии каждый знает, что планета Земля имеет сложное внутреннее строение.
В самом сердце Земли находится ядро, представляющее собой жидкую смесь из раскаленного никеля и железа (температура до +6000 градусов по Цельсию).
Ядро окутывает мантия (толщиной 3000 км). Слой, соприкасающийся с ядром, предположительно пластичный. Вторая часть мантии более твердая.
Земная кора — это поверхностный, словно кожура ореха, слой (толщиной до 10 км под океанами и до 70 км под материками), состоящий из:
- осадочного чехла;
- слоя гранита;
- базальтового слоя.
Каким образом ученые-геологи изучают состав верхнего слоя нашей планеты
Наука геология исследует строение и состав земной коры. При этом используется несколько методик:
- во-первых, визуальное изучение естественных разломов земной коры (крутые берега, обломки скал);
- во-вторых, с помощью бурения скважин изучают образцы горных пород;
- в-третьих, используют шахтные выработки для исследования состава и строения подземных составляющих.
Сейсмология — наука, изучающая более глубокие недра Земли
Сейсмология — наука о землетрясениях, которая судит о составе ядра и мантии Земли, исходя из исследования сейсмических волн. Гипоцентр находится на глубине до 700 километров, что позволяет делать выводы относительно внутреннего строения Земли. Данная наука в большей степени основывается на предположениях, ведь никому не удалось достичь внутренних слоев нашей планеты. Самая большая скважина, находящаяся на Кольском полуострове (глубина более 12 тысяч метров).
Космическое селфи Земли, значение данного метода для исследования недр
Еще один способ изучить состав земной коры — это фото, сделанные на орбите планеты Земля. С помощью фотографий Земли из космоса можно сканировать морские глубины (до 700 метров).
До сих пор с отвратительнейшим чувством вспоминаю, как опозорилась перед учительницей географии. На её вопрос «Из чего состоит земная кора?» я ответила очень просто и банально, мол, из земли, из чего же ещё. Получила тогда заслуженного лебедя в дневник. Но именно это и побудило меня заглянуть в книги и узнать, что же я не так сказала.
Что входит в состав земной коры
Стоит сразу уточнить, что кора бывает двух видов: океаническая и континентальная. Первая покрыта любыми водоёмами, не обязательно это именно океаны, на вторую же напрямую воздействует атмосфера.
Если речь идёт об океанической земной коре, то складывается она в основном из базальтов. Характерная её особенность в том, что толщина со временем практически не меняется и на большей части покрытой водами территории составляет около 5-10 км. С континентальной корой всё немного сложнее. Как минимум, потому, что состоит она из 3 слоёв:
- верхнего, в состав которого входят по большей мере осадочные породы;
- среднего слоя гнейсов и гранитов;
- нижнего, состоящего в основном из гранулитов и аналогичных им минералов.
Как и зачем учёные изучают земную кору
Конечно, лучше всего рассматривать всё в естественных условиях, то есть использовать метод геологического исследования. Но максимально возможная глубина скважин в среднем не переваливает за 8 км. Этого мало для подробного изучения. Поэтому широко используются и другие научные методы:
- эхолокацию (чтобы узнать больше о более глубоких слоях земной коры и исследовать поверхность планеты под водой);
- добывают образцы породы из скважин и изучают их;
- исследуют саму поверхность Земли и делают выводы по обнаруженным на ней породам;
- наблюдают за изменениями из космоса или просто с высоты.
Все эти исследования помогают находить опасные зоны, где часто происходят землетрясения, отыскивать месторождения полезных ископаемых и просто узнавать больше о родной планете. Они же и показывают, насколько сильно на Землю уже повлияла деятельность людей и позволяют хотя бы примерно спрогнозировать, чего стоит ожидать в будущем.
Способы изучения земной коры?
Земная кора представляет верхнюю твердую оболочку земли. На протяжении долгого времени ученые со всего мира стараются ее изучить. Сегодня это наиболее актуально, так как в условиях недостатка минеральных ресурсов необходимо искать новые месторождения. Этим и многими другими задачами и занимаются ученые, изучающие земную кору.
Существует три основных метода изучения земной коры:
- путем наблюдения за обнажением горных пород;
- при помощи бурения скважин;
- сейсмическим методом.
Обнажение горных пород
Как понятно из названия метода, ученые изучают выход пород на земную поверхность (в оврагах, в долинах рек, в карьерах, на шахтах и в горах).
Изучают породы следующим образом: изначально их очищают от лишнего напыления, затем описывают и фотографируют. После этого берут пробы для последующего изучения в лаборатории. Это необходимо для определения химического состава, происхождения и возраста.
Во время исследования ученые особенно обращают внимание на состав и мощность пород, а также на порядок их расположения.
Бурение скважин
Подобный метод позволяют ученым проникнуть в глубь планеты. В процессе бурения извлекают керн, на основе которого определяют состав и строение пород. Затем исследователи строят чертеж пробуренной местности — разрез.
Именно сопоставление этих разрезов позволяет понять, как расположены породы и как правильно составить геологическую карту.
Самой известная и глубокая скважина (в мире) находится на Кольском полуострове (12262м). Здесь был произведен целый ряд открытий, ее бурение было приостановлено еще в 90-е годы. В 2008 году объект был заброшен.
Если говорить о минусах данного метода, то надо отметить, что он позволяет изучить только поверхностный слой. Например, даже при бурении Кольской скважины исследователей дошли только до гранитного слоя.
Сейсмический метод
В процессе данного исследования ученые порождают специальные волны на поверхности земли при помощи взрывов и отмечают время, за которое волны вернулись назад. Для этого применяется прибор сейсмограф.
Различаются два вида волн. Продольные перемещаются во всех средах, а поперечные волны только в твердой среде.
При помощи сейсмических волн можно узнать, с какой скоростью распространяются волны, а затем по этому времени определить глубину пород.
При помощи этого метода можно изучать породы на достаточно большой глубине.
Как ученые изучают состав земной коры
Какую роль в жизни человека играют растения?
Рельеф земли. Равнины. Как вы считаете, происходит ли изменение равнин в настоящее время? Ответ обоснуйте.
Используя материалы этого раздела учебника, выпишите температуру на разных планетах. Сравните эти данные. Какой вывод из этого можно сделать?
Какие виды деятельности человека могут повлиять на образование почвы? Приведите примеры.
Культурные ландшафты. Какие основные виды культурных ландшафтов вы знаете?
Какова роль климата и живых организмов в формировании почв?
Были ли вы очевидцами опасных явлений в литосфере?
Как вы считаете, какие горные породы — магматические, осадочные, или метаморфические — образовывались на Земле первыми? Объясните почему?
Сколько параллелей и меридианов можно провести на земной поверхности?
Сравните даты наступления астрономических времён года и фенологических сезонов вашей местности. Опишите основные осенние фенологические явления вашей местности.
О сайте
На нашем сайте вы найдете множество полезных калькуляторов, конвертеров, таблиц, а также справочных материалов по основным дисциплинам.
Самый простой способ сделать расчеты в сети — это использовать подходящие онлайн инструменты. Воспользуйтесь поиском, чтобы найти подходящий инструмент на нашем сайте.
calcsbox.com
На сайте используется технология LaTeX.
Поэтому для корректного отображения формул и выражений
пожалуйста дождитесь полной загрузки страницы.
1.Глубинное строение Земли. Методы изучения внутреннего строения Земли.
Методы науки включают как собственно геологические, так и методы сопряженных наук (почвоведения, археологии, гляциологии, геоморфологии и проч.). В числе главных методов можно назвать следующие. 1. Методы полевой геологической съемки — изучение геологических обнажений, извлеченного при бурении скважин кернового материала, слоев горных пород в шахтах, изверженных вулканических продуктов, непосредственное полевое изучение протекающих на поверхности геологических процессов. 2. Геофизические методы — используются для изучения глубинного строения Земли и литосферы. Сейсмические методы, основанные на изучении скорости распространения продольных и поперечных волн, позволили выделить внутренние оболочки Земли. Гравиметрические методы, изучающие вариации силы тяжести на поверхности Земли, позволяют обнаружить положительные и отрицательные гравитационные аномалии и, следовательно, предполагать наличие определенных видов полезных ископаемых. Палеомагнитный метод изучает ориентировку намагниченных кристаллов в слоях горных пород. Осаждающиеся кристаллы ферромагнитных минералов ориентируются своей длинной осью в соответствии с направлениями силовых линий магнитного поля и знаками намагниченности полюсов Земли. Метод основан на непостоянстве (инверсии) знака полярности магнитных полюсов. Современные знаки намагниченности полюсов (эпоха Брюнес) Земля приобрела 700 000 лет назад. Предыдущая эпоха обратной намагниченности — Матуяма. 3. Астрономические и космические методы основаны на изучении метеоритов, приливно-отливных движений литосферы, а также на исследовании других планет и Земли (из космоса). Позволяют глубже понять суть происходящих на Земле и в космосе процессов. 4. Методы моделирования позволяют в лабораторных условиях воспроизводить (и изучать) геологические процессы. 5. Метод актуализма — протекающие ныне в определенных условиях геологические процессы ведут к образованию определенных комплексов горных пород. Следовательно, наличие в древних слоях таких же пород свидетельствует об определенных, идентичных современным процессах, происходивших в прошлом. 6. Минералогические и петрографические методы изучают минералы и горные породы (поиск полезных ископаемых, восстановление истории развития Земли).
Земля неоднородна по своему составу, на глубинах ее, как предполагают, находятся тяжелые плотные массы. К этому выводу еще в прошлом веке пришел известный французский ученый А. Добре. Он отметил, что вычисленная Ньютоном в 1736 году (по отношению объема и массы) плотность Земли значительно больше, чем плотность горных пород, известных нам на ее поверхности (удельный вес гранитов 2,8 грамма в кубическом сантиметре). А следовательно, рассуждал этот ученый, на глубине должны находиться значительно более тяжелые массы. Чтобы представить возможный состав глубинных недр Земли, А. Добре в середине прошлого века обратился к метеоритам. Он считал, что метеориты образовались из обломков разрушенных планет, похожих на Землю, и поэтому по ним можно представить и состав нашей Земли. Среди метеоритов — космических тел, падающих на Землю, — уже давно были известны разные их типы: металлические или железные, содержащие, кроме железа, также никель; железокаменные и преобладающие — каменные. По мнению Добре, именно такой разнородный материал и слагает нашу Землю. Тяжелый материал из железа и никеля сконцентрировался в ядре планеты, которое было названо «нифе» (никель — железо). Оболочку ядра, сложенную тяжелыми силикатами железа и магния, сходными по составу с каменными метеоритами, — «сима» (силиций и магний). Подобные породы действительно находят среди ультраосновных (бедных кремнекислотой) силикатных пород — перидотитов, встречающихся в глубинных трещинах земной коры. Самую внешнюю легкую оболочку назвали «сиаль». Для нее характерны породы типа гранитов, богатых алюминием и кремнеземом.
2.Мантия Земли. Поверхность Мохоровичича. Слой Гуттенберга. Астеносфера. Литосфера. Тектоносфера. Изменение мощности литосферы под океанами и на континентах. Сейсмической раздел между верхней и нижней мантией.
Мантия — часть Земли, от земной коры и до границы с ядром. В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2 900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия слой В глубиной до 400 км и С до 800-1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия слой D до глубины 2700 с переходным слоем D1 от 2700 до 2900 км.
Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращенно, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей — от 7 до 8—8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км. Отличие состава земной коры и мантии — следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и легкую часть — кору и плотную и тугоплавкую мантию.
Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро планеты.
Скорости сейсмических волн в мантии растут с глубиной. Но начиная с глубины 80—100 км под материками и около 50 км под океанами они понижаются на протяжении около 100 км, потом начинают повышаться и на глубине около 400 км приходят опять к тем значениям, которые соответствуют общему ходу кривых на графике скоростей в этой части мантии. Особенно заметно понижение скорости поперечных волн. Эту зону пониженных скоростей сейсмических волн называют слоем Гутенберга. Давление и температура в Земле растут с глубиной. Действия их на вещество противоположны. Приток тепла приводит к увеличению объема и в конце концов к расплавлению вещества, а давление уменьшает объем и мешает расплавлению, так как повышает точку плавления (температурную). Во всех других зонах мантии давление берет верх: вещество там находится в твердом кристаллическом состоянии. Слой же Гутенберга, по-видимому, создан частичной победой тепла. Здесь температура близка к точке плавления материала мантии. Из-за большого давления он не расплавляется, а находится в аморфном состоянии. Есть и другое предположение: в слое Гутенберга расплавились только самые легкоплавкие кристаллы, так что в твердом в общем веществе вкраплены отдельные капли жидкости. Из обоих предположений вытекает, что для слоя Гутенберга характерна пониженная вязкость, а это очень важно для объяснения многих процессов.
Литосфера — внешняя твердая оболочка Земли, которая включает всю земную кору с частью верхней мантии Земли и состоит из осадочных, изверженных и метаморфических пород. Нижняя граница литосферы нечеткая и определяется резким уменьшением вязкости пород, изменением скорости распространение сейсмических волн и увеличением электропроводности пород. Толщина литосферы на континентах и под океанами различается и составляет в среднем соответственно 25— 200 и 5—100км.
Взаимодействие земной коры с верхней мантией – причина глубинных тектонических движений, возбуждаемых вращением планеты, тепловой конвекцией или гравитационной дифференциацией вещества мантии (медленное опускание более тяжелых элементов вглубь и поднятие более легких кверху), зона их появления до глубины около 700 км получила название тектоносферы. Существует несколько классификаций тектонических движений, каждая из которых отражает одну из сторон – направленность (вертикальные, горизонтальные), место проявления (поверхностные, глубинные) и т.п.
Важнейшим отличием тектоносферы от более глубоких оболочек являются горизонтальные неоднородности, связанные с зонами разных эндогенных режимов. Строение тектоносферы оказывается в той или иной мере различным под разными эндогенными зонами.
Мощность литосферы изменяется от 50 км (под океанами) до 100 км (под материками). Строение и мощность земной коры неодинаковы: та её часть, которую можно назвать материковой, имеет три слоя (осадочный, гранитный и базальтовый) и среднюю мощность около 35 км. Под океанами её строение более простое (два слоя: осадочный и базальтовый), средняя мощность – около 8 км. Выделяются также переходные типы земной коры.