Литосфера. строение литосферы. факторы рельефообразования

Как определена структура нашей планеты

Геофизики основали теорию внутреннего строения Земли изучая распространяющиеся продольные и поперечные волны.  Между продольными и поперечными волнами имеются значительные отличия,  которые легли в основу изучения строения Земли.

В твердом теле продольные волны распространяются быстрее, чем поперечные. В магматических и некоторых метаморфических горных породах, по которым мы ходим на поверхности, эта скорость составляет около 6 км/сек.

Поперечные волны распространяются медленнее и, кроме того, обладают одной особенностью: они не распространяются в веществе находящемся в жидком состоянии.

А поскольку они не распространяются по всему телу планеты, то этим дают одно из доказательств, что внутри Земли, где-то очень глубоко (примерно 2900 км под поверхностью) состав находится в жидком состоянии, что железно-никелевое ядро расплавлено. Это наблюдение не ново, оно было сделано в начале 20 века. К тому же времени относится и определение того, что планета покрыта тонкой корой, а под ней находится мантия.

Андрий Могоровичич

О границе между корой, толщина которой в среднем составляет 35 км, и мантией, впервые написал в 1908 году, после одного из разрушительного природного явления  землетрясения в Скопье, хорватский геофизик и сейсмолог Андрий Могоровичич.

По имени этого ученого граница между корой и мантией называется разделом Могоровичича и находится на глубине от 6 до 70 км при средней глубине 35 км.

Жесткая оболочка

Как называется слой Земли, который является самым твердым? Это – литосфера, оболочка, которая связывает мантию и земную кору, находится она над астеносферой, и зачищает поверхностный слой от ее горячего влияния. Основная часть литосферы входит в состав мантии: из всей толщины от 79 до 250 км, на земную кору приходится 5-70 км, в зависимости от места расположения. Литосфера неоднородна, она разделена на литосферные плиты, которые находятся в постоянном медленном движении, то расходясь, то приближаясь друг к другу. Такие колебания литосферных плит называют тектоническим движением, именно быстрые их толчки вызывают землетрясения, расколы земной коры, выплескивание магмы на поверхность. Перемещение литосферных плит ведет к образованию желобов или возвышенностей, застывшая магма образует горные хребты. Плиты не имеют постоянных границ, они соединяются и разделяются. Территории поверхности Земли, над разломами тектонических плит – это места повышенной сейсмической активности, где чаще, чем в других происходят землетрясения, извержения вулканов, образуются полезные ископаемые. На данное время зафиксировано 13 литосферных плит, самые большие из них: Американская, Африканская, Антарктическая, Тихоокеанская, Индо-Австралийская и Евроазиатская.

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.

Качество воды и напора в зависимости от глубины скважины

Большая глубина скважины, это еще не показатель что жидкость, добываемая с ее помощью, будет идеально чистой и насыщенной нужными микроэлементами.

Большую роль на качестве воды играет состав водоносных слоев. Сильное давление, под которым жидкость находится, способствует увеличению растворяемости в ней всех полезных и вредных микроэлементов. Поэтому большую роль на качестве играет экологическая ситуация в данном регионе.

Напорный и безнапорный тип воды в скважине:

1. Безнапорный тип воды размещается в верхних слоях почвы и после обустройства колодца, ее уровень остается на прежнем месте. В натуральных природных процессах, когда снимается слой земли, такие воды образовывают родники.
2. Напорный вид, располагается в более глубоких слоях почвы. Вода здесь находится под прессингом благодаря зажатию двух водоупорных слоев. Как правило, именно этот вид воды, после раскрытия слоя начинает подниматься выше уровня, на котором находился.

Будущее планеты

Наша жизнь зависит от поведения Солнца. Однако у каждой звезды есть свой эволюционный путь. Ожидается, что через 3.5 миллиардов лет оно увеличится в объеме на 40%. Это усилит поступление радиации, и океаны могут просто испариться. Затем погибнут растения, а через миллиард лет исчезнет все живое, а постоянная средняя температура закрепится на отметке в 70°C.

Через 5 миллиардов лет Солнце трансформируется в красного гиганта и сместит нашу орбиту на 1.7 а.е.

Художественная интерпретация земного будущего

Если просматривать всю земную историю, то человечество – это лишь мимолетная вспышка. Однако Земля остается важнейшей планетой, родным домом и уникальным местом. Можно лишь надеется, что мы успеем заселить иные планеты вне нашей системы до критического периода солнечного развития. Ниже можете исследовать карту поверхности Земли. Кроме того, на нашем сайте присутствует множество красивых фото планеты и мест Земли из космоса в высоком разрешении. С помощью онлайн телескопов с МКС и спутников можно бесплатно в режиме реального времени наблюдать за планетой.

Мантия

Основной объем нашей планеты составляет мантия. Она занимает все пространство между рассмотренной выше корой и ядром и состоит из многих слоев. Наименьшая толщина до мантии составляет около 5 — 7 км.

Современный уровень развития науки и техники не позволяет непосредственно изучать данную часть Земли, поэтому для получения информации о ней используют косвенные методы.

Очень часто рождение новой земной коры сопровождается ее контактом с мантией, что особенно активно происходит в местах под океанскими водами.

Сегодня считается, что существует верхняя и нижняя мантии, которые разделяются границей Мохоровичича. Проценты этого распределения просчитаны достаточно точно, но требуют уточнения в будущем.

Определение структуры с помощью теплового потока

Строение Земли ученые определили и по исходящему тепловому потоку – это физическая величина, которая  указывает на то, как выглядят недра планеты, а также на рассеяние или концентрацию радиоактивных элементов, при распаде которых выделяется тепло. Поэтому в тех местах, где в земной коре или мантии имеется большая концентрация урана и тория, из Земли выходит больше тепла, чем там, где концентрация этих элементов меньше.

 Высокая концентрация тепла наблюдается в вулканических областях, а также там, где вулканическая деятельность погасла сравнительно недавно (конечно, с точки зрения геологического измерения времени – миллионы лет).  В этих местах тепло имеет, вероятно, радиогенное происхождение связанное с распадом радиоактивных веществ. Но оно исходит из больших глубин и достигает поверхности Земли с потоком материи мантии, подобно тому, как струится вода в сосуде, подогреваемом снизу.

Именно такое строение Земли как считают ученые.

Состав биосферы – оболочки

Биосфера разделена на три уровня, обладающих определенными особенностями. Также их называют оболочками.

Атмосфера

Фото атмосферы из космоса Атмосфера – область над поверхностью планеты. Через нее Земля из космоса получает необходимые газы: водород и гелий. Она полностью пронизывается радиацией от Солнца, которое нагревает планету, способствует распаду молекул и ионизации атомов.

Атмосферу можно разделить на различные слои:

• тропосфера (0-10 км);
• стратосфера (10-47 км);
• мезосфера (47-80 км);
• термосфера (80-1000 км);
• экзосфера (от 1000 км), газы рассеиваются в космическое пространство.

В состав атмосферы входят: азот 78,8%, кислород 20,9%, аргон 0,93%, углекислый газ 0,03%. Также в ней присутствуют неон, гелий, метан, водород, водяной пар и озон.

Температура, давление и плотность атмосферы постоянно меняются в зависимости от времени года и суток, расположения. Например, масса водяного пара в разных местах будет отличаться: в тропиках 3%, в Антарктиде 0,00002 %.

Интересный факт: озоновый слой – один из важнейших компонентов в атмосфере. Он находится на высоте в 20-25 км и защищает планету от радиации Солнца.

Гидросфера

Гидросфера составляет большую часть поверхности планеты Гидросфера – это водная оболочка Земли. Жидкость присутствует повсюду: в виде пара находится в атмосфере, в естественном состоянии просачивается сквозь землю, а также составляет основу Мирового океана.

Интересный факт: В воде растворяется множество веществ, и их концентрация может доходить до 50 мг/л, а в море до 35 г/л.

Морская вода содержит в себе такие элементы, как: кислород, водород, хлор, натрий, магний, кальций, калий, бром и сера. Также в разном количестве в ней присутствуют и другие вещества. Фактически, в некоторых водоемах может находиться большая часть химических элементов, и все они будут влиять на местные организмы. Вода также оказывает воздействие на человека, природу, климат, более того, именно в ней зародилась жизнь.

Интересно: Экологическая система: понятие, суть, типы, примеры, уровни, фото и видео

Мировой океан составляет 94% всех вод на планете. Поэтому большая часть подводных организмов проживает именно в нем. В морской воде много растворенных газов, например углекислого больше, чем в атмосфере, в 100 раз. А кислорода наоборот, в 100 раз меньше.

Вода активно поглощает тепло от Солнца, не давая температуре на Земле подниматься критически высоко. Поверхность океана в районе экватора нагревается, образует теплые течения и уносит жидкость в полярные области. Обратно же она возвращается охлажденной. А за счет испарений образуется круговорот воды в природе, что влияет на климат.

Литосфера

Фото каньона как пример литосферы Литосфера – это земля, почва, полезные ископаемые – всё, что находится в твердом веществе на поверхности планеты. В её химический состав входят алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий.

Организмы проникают в почву на глубину до 3 км, дальше им не хватает ни воздуха, ни питательных веществ для того, чтобы выжить. Камни и горные породы препятствуют проходу животных и растений.

Почва включает в себя твердые, жидкие и газообразные элементы, ей присуща живая и неживая природа. Она – результат выветривания горных пород и взаимодействия климата, растений, животных. Самый плодородный – верхний слой (гумус), содержит продукты перегнивания органики, имеет глубину в 10-15 см.

Выделяют три основных элемента почвы:

• твердая часть – это органическое вещество, состоящее из растительного, животного и микробного происхождения;
• жидкая часть – почвенный раствор, в нем находятся элементы питания, необходимые для роста растений: ионы, молекулы, коллоиды;
• газообразная часть – это воздух, который заполняет поры, в его состав входят азот, озон, углекислый газ и множество других элементов в зависимости от места, окружающих условий.

Интересно: Как растения справляются с засухой в пустыне? Описание, фото и видео

В верхних слоях живых существ больше, чем в нижних. Почва – это среда обитания микроорганизмов, формирующих ее плодородие. Они способны разрушать все природные и органические соединения, участвуя в процессе почвообразования. Также микроорганизмы очищают окружающую среду от загрязнений.

Мантия

Считается, что в некоторых местах мантия залегает на глубинах всего в 30 км, однако достичь ее до сих пор не удалось. Границу между мантией и корой называют поверхностью Мохоровичича. В ней фиксирует резкий рост скорости сейсмический волн, а также там должен происходить и такой же резкий рост плотности вещества.

Мантию разделяют на верхнюю и нижнюю. Граница между ними проходит на глубинах 410-670 км и носит название слой Голицына. В нем наблюдается структурная перестройка вещества мантии.

Мантия находится в жидком агрегатном состоянии, однако это не значит, что она похожа на воду. Она отличается огромной вязкостью, в квадриллион раз превышающую вязкости песка. На мантию, простирающуюся до глубины 2900 км, приходится примерно 80% объема земного шара. Также она отличается от земной коры химическим составом. Доля алюминия в ней ниже, а магния значительно выше. Основными элементами в ней являются:

• кислород (44,8 %);
• кремний (21,5%);
• магний (22,8%);
• железо (5,8%);
• кальций (2,3%);
• алюминий (2,2%).

В верхней мантии выделяют слой астеносферы, который более пластичен, чем остальная часть мантии. Также в нем ниже скорость распространения сейсмических волн и выше электропроводность. Именно в ней происходит перемещение литосферных плит земной коры, что порою вызывает землетрясения. По разным оценкам, астеносфера может начинаться на глубинах порядка 50 км и доходить до отметки 350 км.

География

§ 23. Из чего состоит атмосфера и как она устроена

Вспомните

Что такое воздух? Из каких газов он состоит?

Что такое атмосфера. Мы живем на поверхности земной коры и одновременно находимся на дне воздушного океана — атмосферы.

Атмосфера — это воздушная оболочка Земли.

Нижняя граница атмосферы — земная поверхность. Близ нее атмосфера плотная, но с высотой она становится все более разреженной. Поэтому атмосфера не имеет четкой верхней границы. Условно ее проводят на высоте 1000 км.

Состав атмосферы и ее роль в жизни Земли. Атмосфера состоит из смеси газов, которую называют воздухом (рис. 80).

Рис. 80. Состав атмосферного воздуха

Для жизни на Земле наиболее важную роль играют кислород, углекислый газ, водяной пар и озон. Запасы кислорода в атмосфере пополняются растениями. Углекислый газ накапливается в ней в результате извержения вулканов, дыхания живых организмов и сжигания топлива. Водяной пар поступает в воздух вследствие испарения воды. (Вспомните из курса «Природоведение», какую роль играют кислород и углекислый газ в жизни растений и животных.)

Рассмотрите рисунок. Какая доля в составе воздуха принадлежит азоту, кислороду, другим газам?

Углекислый газ вместе с водяным паром «берегут» тепло нашей планеты: атмосфера пропускает от Солнца к земной поверхности больше энергии, чем Земля отдает в окружающее космическое пространство.

Озон (от греч. «озо» — пахнущий) образуется из кислорода под действием солнечных лучей и электрических разрядов. Он имеет запах свежести, такой, какой мы ощущаем после грозы. Этого газа в атмосфере очень мало, однако на высоте 20—30 км существует слой воздуха с более высоким содержанием озона. Его называют озоновым экраном. Он, словно щит, оберегает все живое от губительного излучения Солнца.

Атмосфера появилась на Земле очень давно — более 4 млрд лет назад. Она образовалась из вулканических газов. Современные живые организмы не могли бы дышать в древней атмосфере.

Однако значение атмосферы для Земли не ограничивается этим. Оно более многообразно (рис. 81).

Рис. 81. Значение атмосферы

Кроме газов в воздухе атмосферы имеются и твердые примеси. Эти мелкие частицы образуются в результате разрушения горных пород, извержения вулканов, пыльных бурь, сжигания топлива. С одной стороны, они загрязняют воздух, но, с другой стороны, без них невозможно образование облаков.

Строение атмосферы. Атмосфера неоднородна. В ней выделяются слои, отличающиеся плотностью воздуха, температурой, составом газов. Самый нижний слой — тропосфера (рис. 82).

Тропосфера — это нижний слой атмосферы, простирающийся до высоты 8-10 км над полюсами, 10-12 км в средних широтах и 16-18 км над экватором.

В тропосфере находится более 4/5 всего атмосферного воздуха. Причем более половины его сосредоточено до высоты 5 км. Температура воздуха убывает здесь с высотой и достигает у верхней границы -55°С. В тропосфере содержится почти вся атмосферная влага. В ней формируются облака, приносящие дождь, снег, град. Здесь же происходит постоянное движение воздуха, образуется ветер. В тропосфере протекает жизнь человека, растений.

Рис. 82. Строение атмосферы

Над тропосферой простирается стратосфера (см. рис. 82). Стратосфера — это слой атмосферы, лежащий над тропосферой до высоты 55 км. В стратосфере воздух более разреженный, чем в тропосфере. В ней почти не образуется облаков, так как очень мало водяного пара. Температура воздуха здесь растет с высотой и у верхней границы близка к 0°С.

Выше стратосферы выделяется еще несколько атмосферных слоев, которые постепенно переходят в безвоздушное пространство.

Вопросы и задания

1. По рисунку 81 расскажите о значении атмосферы для жизни на Земле.
2. Из чего состоит атмосферный воздух? Всегда ли он был таким?
3. Как называется слой атмосферы, где протекает жизнь человека?
4. Какие явления происходят в тропосфере?

Определения [ править ]

Распределение радиальной плотности Земли по предварительной эталонной модели Земли (PREM).

Гравитация Земли согласно предварительной эталонной модели земли (PREM). Сравнение с приближениями, использующими постоянную и линейную плотность для недр Земли.

Картирование недр Земли с помощью волн землетрясений .

Схематическое изображение недр Земли. 1. континентальная кора — 2. океаническая кора — 3. верхняя мантия — 4. нижняя мантия — 5. внешнее ядро ​​- 6. внутреннее ядро ​​- A: разрыв Мохоровича — B: разрыв Гутенберга — C: разрыв Лемана – Буллена .

Структура Земли может быть определена двумя способами: механическими свойствами, такими как реология , или химически. Механически его можно разделить на литосферу , астеносферу , мезосферную мантию , внешнее ядро и внутреннее ядро . Химически Землю можно разделить на кору, верхнюю мантию, нижнюю мантию, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро. Слои геологической составляющей Земли находятся на следующих глубинах ниже поверхности:

Глубина (км)	Химический слой	Глубина (км)	Механический слой	Глубина (км)	PREM
		0–80 *	Литосфера	0–80 *	Литосфера
0–35 †	Корка
				0–10	… Верхняя корка
				10–20	… Нижняя корочка
				20–80	… LID
35–670	Верхняя мантия
		80–220	Астеносфера		Астеносфера
		220–2 890	Мезосферная мантия
				220–410
				400–600	… Переходная зона
				600–670	… Переходная зона
670–2 890	Нижняя мантия				Нижняя мантия
				670–770	… Самый верхний
				770–2 740	… Средне-нижний
				2 740–2 890	… D ″ слой
2 890–5 150	Внешнее ядро	2 890–5 150	Внешнее ядро	2 890–5 150	Внешнее ядро
5 150–6 370	Внутреннее ядро	5 150–6 370	Внутреннее ядро	5 150–6 370	Внутреннее ядро
* Глубина колеблется от 5 до 200 км. † Глубина варьируется от 5 до 70 км.

О слоистости Земли косвенно можно судить по времени прохождения преломленных и отраженных сейсмических волн, созданных землетрясениями. Ядро не позволяет поперечным волнам проходить через него, в то время как скорость движения ( сейсмическая скорость ) в других слоях различна. Изменения сейсмической скорости между разными слоями вызывают рефракцию в соответствии с законом Снеллиуса , как искривление света при прохождении через призму. Точно так же отражения вызваны значительным увеличением сейсмической скорости и подобны свету, отражающемуся от зеркала.

Из чего состоит Земля

В соответствии с классическим геологическим учением о строении нашей планеты, она состоит из таких основных геосфер: земная кора, мантия и ядро, которые в свою очередь делятся на еще на несколько слоев.

Вещества, содержащиеся в этих геосферах, имеют различные физические свойства, находятся в различном агрегатном состоянии и обладают отличным друг от друга минералогическим составом.

Внешний, относительно тонкий слой поверхности Земли называют корой. При помощи сейсмического метода было показано, что этот слой имеет толщину от 5 до 70 км в зависимости от того, где этот участок находится. Земная кора обычно толще на суше и тоньше под поверхностью океана.

Человек ещё не научился закапываться так глубоко, поэтому приходится пользоваться тем, что нам предоставляет природа. Действие землетрясений (а также подземных взрывов, имитирующих землетрясение), смещают пласты пород и образуются сейсмические волны, которые люди научились использовать для того, чтобы изучить из чего состоит планета Земля без необходимости бурить скважины.

Необходимо изучать и химический состав планеты. Полученные знания, прежде всего, базируются на изучении излившихся лав, которые в большинстве своем имеют базальтовый состав. Ведь сейсмологический метод позволяет узнать только о плотности вещества, но не о его происхождении и характеристиках.

Следующий, гораздо более экзотический поставщик информации – метеориты, они состоят из первичного вещества, из которого возникла и наша планета, что дает возможность предполагать и строить гипотезы.

Но все же, основные знания были получены с использованием сейсмологического метода – исследование скачкообразных изменений при изучении скоростей сейсмоволн, позволило предположить, что происходит постепенное уплотнение вещества планеты и разбить множество границ внутри Земли.

Соответственно, полученные знания вылились в различные модели, которые будоражили ученых двадцатого века и продолжают совершенствоваться в нашем веке. В 1909 году геофизик Андрей Мохоровичич, открыл слой, резко разделяющий земную кору и мантию, названный границей Мохо, с этого и началось детальное изучение строение Земли.

В 1936 году были доказано существование твердого, внутреннего ядра, так как ядро имеющее свойство жидкости не пропускает поперечные волны, а внутренние пропускает. Затем Буллен и Джеффрис создали общую модель Земли, которая в дальнейшем претерпевала некоторые изменения и дополнения.

Эта модель вводит удобное разделение на зоны, каждая из которых отображает различные свойства (и их изменения) земных недр. Дальнейшие работы опиравшиеся на методы механики, остановились, на первый план вышла физика высоких давлений.

В 1960 году вводится понятие астеносфера – это пластичный слой, начинающийся с глубины примерно 70 км, по которому перемещаются литосферные плиты, там скорость продольных сейсмоволн скачкообразно падает, но после, постепенно она начинает расти.

Изучение мантии с помощью сейсмических волн

Наш самый мощный метод изучения мантии — это мониторинг сейсмических волн от землетрясений в мире. Два разных вида сейсмичесих волн: волны P (аналогичные звуковым волнам) и волны S (например, волны от встряхиваемой веревки) отвечают физическим свойствам породы, через которую они проходят. Сейсмические волны отражают некоторые типы поверхностей и преломляют (изгибают) другие типы поверхностей, когда наносят по ним удар. Ученые используют эти эффекты для определения внутренних поверхностей Земли.

Наши инструменты достаточно хороши, чтобы рассматривать мантию Земли так, как врачи делают ультразвуковые снимки своих пациентов. После столетия сбора данных о землетрясениях мы можем сделать несколько впечатляющих карт мантии.

Каков верхний слой?

Состав почвы включает органические и минеральные вещества, уникальное сочетание которых дает результат в виде образования отдельных слоев. Верхним принято называть слой, толщина которого не превышает 1,5 м. Ниже будут находиться переходные слои, самый нижний слой – почвообразующая порода.

Поверхностный слой, к которому относят растительный опад, воздействует на почву и ее состояние в целом. Если он ровный и плотный, то земля быстро прогревается при наступлении весны, что благоприятно отражается на состоянии и уровне подземных вод. Влага по капиллярам без каких-либо трудностей достигает поверхности, где начинает испаряться.

Что касается природных условий, то поверхностный слой в лесах и других малообитаемых землях покрыт опадом, который содержит отмершие части растений и трав.

При изучении поверхностного слоя на лугах можно заметить наличие корней множества растений, которые часто переплетаются в дернину. При этом удастся также определить, где в почве сокрыты участки с большим количеством питательных веществ. В таких местах корни растений оплетают комочки земли, забирая богатство поверхностного слоя.

Почва выполняет множество функций и приносит пользу растениям и животным. Для первых поверхностный слой представляет собой пищеварительную систему с огромным количеством:

• почвенных организмов;
• органических и минеральных субстанций;
• влаги.

Через землю корни растений получают воду и кислород, что позволяет им активно расти и давать плоды.

Примечательно, что верхний слой включает несколько горизонтов.

1. Мульчирующий. Содержит останки животного и растительного происхождения, к числу которых относят траву, тела насекомых, другие мелкие организмы. Обеспечивает укрытие семенам и предкорневым частям растений.
2. Биогумус. Прослойка толщиной до 20 см. В составе горизонта содержатся переработанные червями и насекомыми органические массы растений, животных организмов. По количеству питательных веществ и минералов самый богатый.
3. Минеральный. Настоящий источник минеральных веществ для растений, чьи корни залегают глубоко. Формирование горизонта происходит в течение нескольких лет. За это время в горизонте скапливаются минеральные элементы, оставшиеся после длительных преобразований материи органического и неорганического происхождения.
4. Гумусный. Дает возможность для проведения специфических процессов биосинтеза. Посредством химических реакций гумусный горизонт наполняется горючими газами, которые становятся источниками тепла и энергии.

А также к верхнему слою относят подпочвенный горизонт, состоящий исключительно из глины. В нем происходит контроль за процессами обмена влагой и газами между другими слоями.