Литосфера. происхождение материков и океанов

«Литосфера. Земная кора»

Литосфера. Земная кора. 4,5 млрд. лет назад, Земля представляла собой шар, состоящий из одних газов. Постепенно тяжелые металлы, такие как железо и никель, опускались к центру и уплотнялись. Легкие породы и минералы всплывали на поверхность, охлаждались и отвердевали.

Внутреннее строение Земли.

Принято делить тело Земли на три основные части – литосферу (земную кору), мантию и ядро.

Ядро — центр Земли, средний радиус которого около 3500 км (16,2 % объема Земли). Как предполагают, состоит из железа с примесью кремния и никеля. Наружная часть ядра находится в расплавленном состоянии (5000 °С), внутренняя, по-видимому, твердая (субъядро). Перемещение вещества в ядре создает на Земле магнитное поле, защищающее планету от космического излучения.

Ядро сменяется мантией, которая простирается почти на 3000 км (83 % объема Земли). Считают, что она твердая, в то же время пластичная и раскаленная. Мантия состоит из трех слоев: слоя Голицына, слоя Гуттенберга и субстрата. Верхняя часть мантии, называемая магмой, содержит слой с пониженной вязкостью, плотностью и твердостью — астеносферу, на которой уравновешиваются участки земной поверхности. Граница между мантией и ядром называется слоем Гуттенберга.

Литосфера

Литосфера – верхняя оболочка «твердой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии Земли.

Земная кора – верхняя оболочка «твердой» Земли. Мощность земной коры от 5 км (под океанами) до 75 км (под материками). Земная кора неоднородна. В ней различают 3 слоя – осадочный, гранитный, базальтовый. Гранитный и базальтовый слои названы так потому, что в них распространены горные породы, похожие по физическим свойствам на гранит и базальт.

Состав земной коры: кислород (49 %), кремний (26 %), алюминий (7 %), железо (5 %), кальций (4 %); самые распространенные минералы — полевой шпат и кварц. Граница между земной корой и мантией называется поверхностью Мохо.

Различают континентальную и океаническую земную кору. Океаническая отличается от континентальной (материковой) отсутствием гранитного слоя и значительно меньшей мощностью (от 5 до 10 км). Толщина континентальной коры на равнинах 35—45 км, в горах 70—80 км. На границе материков и океанов, в районах островов толщина земной коры составляет 15—30 км, гранитный слой выклинивается.

Положение слоев в континентальной коре свидетельствует о разном времени ее образования. Базальтовый слой является самым древним, моложе его – гранитный, а самый молодой – верхний, осадочный, развивающийся и в настоящее время. Каждый слой коры формировался в течение длительного отрезка геологического времени.

Литосферные плиты

Земная кора находится в постоянном движении. Первым гипотезу о дрейфе материков (т.е. горизонтальном движении земной коры) выдвинул в начале ХХ века А. Вегенер. На ее основе создана теория литосферных плит. Согласно этой теории, литосфера не является монолитом, а состоит из семи крупных и нескольких более мелких плит, «плавающих» на астеносфере. Пограничные области между литосферными плитами называют сейсмическими поясами — это самые «беспокойные» области планеты.

Земная кора разделяется на устойчивые и подвижные участки.

Устойчивые участки земной коры — платформы — образуются на месте геосинклиналей, потерявших подвижность. Платформа состоит из кристаллического фундамента и осадочного чехла. В зависимости от возраста фундамента выделяют древние (докембрийские) и молодые (палеозойские, мезозойские) платформы. В основании всех материков лежат древние платформы.

Подвижные, сильно расчлененные участки земной поверхности называются геосинклиналями (складчатыми областями). В их развитии выделяют два этапа: на первом этапе земная кора испытывает опускания, происходит накопление осадочных горных пород и их метаморфизация. Затем начинается поднятие земной коры, горные породы сминаются в складки. На Земле было несколько эпох интенсивных горообразований: байкальская, каледонская, герцинская, мезозойская, кайнозойская. В соответствии с этим выделяют различные области складчатости.

Распространение и возраст платформ и геосинклиналей показывается на тектонической карте (карте строения земной коры).

Конспект урока «Литосфера. Земная кора». Следующая тема «Горные породы».

Как образовалась столь сложная структура Земли

Происхождение планеты.

Обширное облако газа и пыли начало сжиматься в крупный шар. Силы гравитации притягивали большое количества вещества. Температура и давление в центе нарастали. Большое количество энергии породило термоядерный взрыв. Загорелась звезда.

Эта звезда вращалась и притягивала на свою орбиту небольшие соседние тела. Они слипались в комки.

Земля образовалась из обломков звезд ранних поколений. Молекулы газа и частицы пыли объединялись. Образовывались глыбы и камни. Они состояли из частиц льда, железа и других веществ, которые были выброшены в космос. Силы притяжения сталкивали частицы и склеивали между собой.

Мелкие частицы соединялись в более крупные — планетезимали. Они сталкивались, разрушались и соединялись. Гравитация объектов росла, все больше вещества образовывалось. Появлялись раскаленные тела — прототипы планет.

Так постепенно возникло ядро планеты Земля.

Земля подвергалась бомбардировкам, сталкивалась с планетами, группами метеоритов. Один из таких ударов мог образовать Луну.

Энергия столкновения могла расплавить верхние слои земной коры и изменить геологию планеты. Земля могла расплавиться до самого ядра. Формирование твердой поверхности началось заново.

Неизвестно, в какой временной промежуток Земля обзавелась корой. Сегодняшняя кора по возрасту достигает 3,8 миллиарда лет. Большинство утесов изменилось под влиянием температур и давления.

Сейчас Земля покрыта несколькими большими жесткими плитами, которые постоянно движутся и трутся друг о друга. Это тектоника плит или платформ. Земные породы постоянно перемешиваются и преобразуются. Без таких процессов у планеты не было бы стабильного климата, запасов нефти и минералов.

Химический состав литосферы.

Химические соединения, из которых состоят элементы земной коры, называются минералами. Из минералов образованы горные породы.

Основные виды горных пород:

— магматические;

— осадочные;

— метаморфические.

В составе литосферы преобладают в основном магматические горные породы. На их долю приходится около 95% всего вещества литосферы.

Состав литосферы на континентах и под океанами существенно различается.

Литосфера на континентах состоит из трех слоев:

— осадочные породы;

— гранитные породы;

— базальтовые.

Литосфера под океанами двухслойная:

— осадочные породы;

— базальтовые породы.

Химический состав литосферы представлен в основном всего восемью элементами. Это кислород, кремний, водород, алюминий, железо, магний, кальций и натрий. На долю этих элементов приходится около 99,5% вещества земной коры.

Таблица 1. Химический состав земной коры на глубинах 10 — 20 км.

Элемент	Массовая доля, %
Кислород	49,13
Магний	2,35
Железо	4,20
Углерод	0,35
Калий	2,35
Алюминий	26,00
Титан	0,61
Натрий	2,40
Кремний	26,00
Водород	1,00
Кальций	3,25
Хлор	0,20

Общая характеристика литосферы.

Термин «литосфера» был предложен в 1916 году Дж. Барреллом и вплоть до 60-х гг. двадцатого столетия выступал синонимом земной коры. Затем было доказано, что в состав литосферы входят также и верхние слои мантии мощностью до нескольких десятков километров.

В строении литосферы выделяются подвижные области (складчатые пояса) и относительно стабильные платформы.

Мощность литосферы варьируется от 5 до 200 км. Под континентами толщина литосферы меняется от 25 км под молодыми горами, вулканическими дугами и континентальными рифтовыми зонами до 200 и более километров под щитами древних платформ. Под океанами литосфера более тонкая и достигает минимальной отметки в 5 км под , на периферии океана, постепенно утолщаясь, доходит до 100-километровой толщины. Наибольшей мощности литосфера достигает в наименее прогретых областях, наименьшей – в наиболее жарких.

По реакции на длительно действующие нагрузки в литосфере принято выделять верхний упругий и нижний пластичный слой. Также на разных уровнях в тектонически активных областях литосферы прослеживаются горизонты относительно пониженной вязкости, для которых характерны пониженные скорости сейсмических волн. Геологи не исключают возможности проскальзывания по этим горизонтам одних слоёв относительно других. Это явление получило название расслоенности литосферы.

Наиболее крупными элементами литосферы являются литосферные плиты с размерами в поперечнике 1–10 тыс. км. В настоящее время литосфера разделена на семь главных и несколько малых плит. Границы между плитами проводятся вдоль зон наибольшей сейсмической и вулканической активности.

Границы литосферы.

Верхняя часть литосферы граничит с атмосферой и гидросферой. Атмосфера, гидросфера и верхний слой литосферы находятся в прочной взаимосвязи и частично проникают друг в друга.

Нижняя граница литосферы располагается над астеносферой – слоем пониженной твёрдости, прочности и вязкости в верхней мантии Земли. Граница между литосферой и астеносферой нерезкая – переход литосферы в астеносферу характеризуется уменьшением вязкости, изменением скорости сейсмических волн и увеличением электропроводности. Все эти изменения происходят вследствие повышения температуры и частичного плавления вещества. Отсюда и основные методы определения нижней границы литосферы – сейсмологический и магнитотеллурический.

Три

Первая модель делит землю по минеральному каркасу на земную кору, мантию и ядро.
Кора является самым внешним слоем и очень тонкая и твердая.

Существует два варианта земной коры: океаническая и континентальная.

Океаническая кора в основном состоит из базальта и плотнее и толще, чем континентальная кора, которая состоит из гранита.

Кора как бы плавает поверх богатого железом и магнием слоя — мантии. Этот массивный слой занимает примерно 84% объема Земли и состоит из слегка расплавленной породы, постоянно сжимаемой давлением, которое значительно возрастает по мере приближения к центру, называемому ядром Земли.

Обнаруженное в 1906 году британским геологом и сейсмологом Ричардом Диксон Олдхэмом металлическое ядро невероятно плотное, и поэтому большинство сейсмических волн не могут пройти.

Пять

Третья модель делит землю по свойствам на литосферу, астеносферу, мезосферу, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Литосфера

Литосфера состоит из земной коры и верхней части мантии. Литосфера состоит в основном из камня, этот слой варьируется по ширине по всему земному шару и отвечает за тектонику плит.

Астеносфера

Однако литосфера плавает поверх слабой астеносферы, следующего слоя, который является относительно тонким и едва расплавленным.

Мезосфера

По мере того, как давление увеличивается, двигаясь внутрь, плавится больше, медленно передвигаясь наружу и внутрь к нижней мантии, также известной как мезосфера.

Внешнее ядро

Внешнее ядро является жидким и достаточно плотным, чтобы определенные волны не могли пройти через него, в отличие от мантии, через которую проходят все сейсмические волны. Внешнее ядро создает магнитное поле Земли.

Внутреннее ядро

В конце концов, давление настолько велико, что жидкая порода снова уплотняется в твердое тело во внутреннем ядре.

Именно такой состав Земли определен по отраженным сейсмическим свойствам.

Изостазия.

Явление изостазии было обнаружено при изучении силы тяжести у подножия горных массивов. Ранее считалось, что такие массивные сооружения, как, например, Гималаи, должны увеличивать силу притяжения Земли. Однако исследования, проведенные в середине 19 века, опровергли эту теорию – сила тяжести на поверхности всей земной поверхности остается одинаковой.

Было установлено, что крупные неровности рельефа компенсируются, уравновешиваются чем-то на глубине. Чем мощнее участок земной коры, тем глубже он погружен в вещество верхней мантии.

На основании сделанных открытий, ученые пришли к выводу, что земная кора стремится к уравновешенности за счет мантии. Это явления получило название изостазии.

Изостазия иногда может нарушиться из-за действия тектонических сил, но со временем земная кора все равно возвращается к равновесию.

На основе гравиметрических исследований было доказано, что большая часть земной поверхности находится в состоянии равновесия. Изучением явления изостазии на территории бывшего СССР занимался М.Е.Артемьев.

Наглядно проследить явление изостазии можно на примере ледников. Под тяжестью мощных ледниковых покровов четырех- и более километровой толщины земная кора под Антарктидой и Гренландией «просела», опустившись ниже уровня океана. В Скандинавии же и в Канаде, сравнительно недавно освободившихся от ледников, наблюдается поднятие земной коры.

Планета в разрезе

География изучает поверхность Земли, строение и состав входящих в нее элементов: как выглядела планета в исторической перспективе, зачем изучать изображения Земли, каковы перспективы развития.

Существует деление внутренней составляющей планеты на слои по механическим или химическим свойствам.

Выделяют три основных слоя в строении планеты Земля:

1. Земная кора.
2. Мантия.
3. Ядро.

Краткие сведения о структуре Земли

Земная кора — наружная часть литосферы. Особенности: континентальная земная кора имеет толщину 30-70 км, а океаническая кора — 5-7 км. Это каменная оболочка земли. Она покрывает всю планету. Состоит из горных пород, минералов и биогенных отложений.

Состав земной коры определяется с помощью химического анализа.

Большую часть земной коры покрывает вода — гидросфера. Меньшая часть коры взаимодействует с воздушной оболочкой планеты — атмосферой.

Кора под континентами (материковая или континентальная) легче, чем океаническая. Кора под океанами состоит из осадочного и базальтового слоев.

Характеристика слоев континентальной коры:

1. Осадочный — около 10-15 км осадочных пород. Образовался в результате накопления осадков. Осадки: ил, органические остатки, глина, известняк, песок, мел. Этот слой легко поддается выветриванию и вымыванию.
2. Гранитный — около 5-15 км метаморфических пород. Свойства сходны с гранитом. Образовался в результате застывания раскаленной магмы. Является промежуточным слоем земной коры с кристаллической структурой.
3. Базальтовый — около 10-35 км магматических пород. Возник в результате извержения вулканов. Находится на границе с мантией. Структура пород не изучена.

Слои океанической земной коры ограничиваются осадочным и базальтовым слоями.

Литосфера — твердая оболочка Земли. Ее толщина составляет 70 км. В нее входят земная кора и верхняя часть мантии.

Мантию характеризуют слои:

1. Часть литосферы* — холодная, твердая прослойка планеты. Она входит в состав тектонических плит и плавает поверх астеносферы. Не является слоем мантии как таковым.
2. Астеносфера — толщина примерно 200 км. Это полужидкий слой пород, который нагрет теплом. Слой подвижен и пластичен. Тепло выделилось в результате реакций радиоактивного распада. Из астеносферы в земную кору изливается магма. Когда магма застывает на поверхности Земли, она превращается в лаву.
3. Нижняя мантия — толщина составляет около 2500 км. В этом слое высокие температуры, но породы остаются в твердом состоянии из-за возрастающего давления.

Общая толщина мантии составляет около 2900 км.

Мантию иногда называют покрывалом ядра.

Ядро состоит из:

1. Внешнего ядра — толщина 2200 км. Это горячий сплав железа в жидком состоянии. Во внешнем ядре создается магнитное поле Земли: внутреннее ядро как бы плавает во внешнем. Из-за движения и создается магнитное поле, которое защищает Землю от космических излучений. На него же реагирует стрелка компаса.
2. Внутреннего ядра — радиус 1270 км. Это горячий сплав железа и никеля. Большое давление сжимает внутреннюю область до твердого состояния.

В конце XIX века ирландский геофизик Роберт Маллет положил начало науке сейсмологии.

Носителями сейсмологической информации выступают сейсмические волны.

Сейсмические исследования дают представление о слоистой структуре Земли. Определяют физические свойства и динамику недр нашей планеты и других.

Серия концентрических слоев становится плотнее ближе к центру. На плотность влияют два фактора: температура и давление. Температура в центре Земли достигает 3 000 °C. На границе между мантией и корой падает до 375 °C. Под действием давления породы твердеют и уплотняются.

Четыре

Структура Земли была классически разделена на четыре основных слоя. Кора, верхняя мантия, а также внешние и внутренние ядра были определены их уникальными химическими свойствами на основе исследований вулканической и сейсмической активности, а также массовых оценок земли, которые смогли определить плотности различных слоев. Эти слои взаимодействуя друг с другом и имеют серьезные последствия вулканической, сейсмической и электромагнитной активности, которые характеризуют нашу планету и способствуют кардинальным изменениям в течение геологического времени.

Верхний слой мантии и коры, как правило, действуют вместе как жесткая оболочка. Вместе они называются литосферой, «сферой горных пород».

Нижний уровень мантии называется астеносферой, и он мягче и слабее, особенно в его верхней части, где может произойти небольшое количество плавления. Именно на этом уровне модель тектоники плит предполагает, что горизонтальное движение может происходить в результате конвекции тепла вверх от ядра Земли. Это способствует вулканической активности и дрейфу континентов с течением времени.

Моделирование ядра Земли может основываться на еще более косвенных доказательствах. Ученые заметили, что металлические метеориты имеют ядра из железа и никеля, и это коррелирует с другими доказательствами, которые предполагают, что ядро Земли аналогично состоит из железа и никеля.

Моделирование плотности центра Земли дает плотность примерно в 14 раз больше плотности воды, которая может быть получена путем сжатия железа и никеля, но не поверхностных пород.

Железный сердечник также дает нам циркулирующий электрический проводник, который может обеспечить необходимый механизм для создания магнитного поля Земли.

Методы исследования структуры Земли

Представления о строении Земли, изучение процесса строятся на основании данных топографии, батиметрии и гравиметрии.

Научная дисциплина может рассматриваться как самостоятельный раздел картографии и геодезии.

Название дисциплины соединяет греческие термины «глубина» и «мера».

Данные батиметрии используют для навигации и научных изысканий.

Данные представляются схемами и таблицами.

Также представления о строении Земли формируются на основе наблюдения горных пород в обнажениях, образцах, которые подняли с больших глубин; анализа сейсмических волн и экспериментах с кристаллическими телами при температурах и давлениях, близких к недрам планеты.

Ядро исследуют с помощью анализа радиоактивных изотопов, которые содержаться в вулканических породах глубоко внутри Земли.

Вещества, которые входят в состав мантии, еще до конца не изучены, сведений мало. Ответы на вопросы находят путем выдвижения гипотез и лабораторных экспериментов.

Мантия находится глубоко под Землей. Самые глубокие буровые скважины не доходят до нее. При прорыве газов через земную кору образуются кимберлитовые трубки. Через них поступают мантийные породы и минералы.

Один из известных — алмаз.

Мантию можно исследовать с помощью нейтрино.

Эти частицы — разновидность антивещества, антинейтрино — выделяются в результате радиоактивного распада урана, тория и других радиоактивных изотопов глубоко под землей.

Анализ земной коры проводят с использованием кремния и алюминия. Их находят в континентальных областях. В сочетании с кислородом они дают гранит. Под океанским дном — базальтовые породы. В них преобладает кремний, магний и железо.

Но чистых образцов пород из мантии добыть не удалось.

Те породы, которые оказываются на поверхности — загрязнены.

При извержении вулканов выбрасываются сгустки мантии. В них содержится оливин и пироксен. В них много магния и железа.

Ученые пытаются узнать истину: строят предположения о составе мантии, используют косвенные доказательства. Они разработали детекторы для обнаружения антинейтрино. Человек становится ближе к пониманию основ.