double arrow

Геологическая история Земли и ее внутренняя структура

2

Сведения о структуре недр Земли получаются в основном путем ее сейсмического и электромагнитного зондирования, а также наблюдениями за приливами и собственными колебаниями твердой планеты. Так оценивается упругость вещества внутри Земли (по времени прохождения продольных и поперечных упругих волн от очагов землетрясений или от искусственных источников).

Согласно гипотезе «холодного» происхождения Земли недра планеты в экваториальной зоне на глубинах 200-400 км в течение первых 600-800 млн. лет ее существования (катархей) постепенно раскалялись под влиянием рассмотренных выше источников тепла. Наконец около 4 млрд. л. н. здесь сформировались расплавы и первая астеносфера (от греч. asthenēs – слабый) - менее плотный из-за высокой температуры слой (рис.1.3). Основным процессом дальнейшего формирования внутренней структуры (оболочек) нашей планеты является химико-плотностная гравитационная дифференциация. При этом более тяжелые вещества опускаются вниз, к центру Земли, а более легкие остаются наверху. Таким образом, как только температура на границе астеносферы достигла величин, достаточных для плавления железа на глубине 200-400 м (1800-2000°К) процесс дифференциации Земли стал самостоятельно распространяться вглубь планеты. На глубине 860 км кроме железа стала выплавляться и окись железа, составлявшая 24% первичного вещества Земли (табл.).С этого момента (4 млрд. л. н.) на планете начали формироваться 2 главных оболочки современной Земли – мантия и ядроВ позднем архее (3-2.9 млрд. л. н.) процесс формирования ядра Земли (выжимания из центра Земли ее первозданной сердцевины) почти завершился, хотя некоторые исследователи полагают, что его рост продолжается и в настоящее время (рис.1.3).




Рис.1.3. Оболочки Земли начали формироваться 4 млрд. лет назад в процессе химико-плотностной дифференциации вещества внутри планеты [membrana.ru].

Внешняя жидкая часть ядра расположена между глубинами 2920-4980 км, имеет объем и массу, составляющие 15.2 и 29.8% суммарных, температуру 3130-3150°К , а состоит из расплава окиси железа (Fe2O). Внутренняя твердая часть ядра состоит вероятно из железоникелевого сплава (Fe0..9Ni0.1), имеет диаметр 1250 км, объем около 0.7 и массу около 1.2% всей Земли и температуру в центре около 6140°К (5870°С).

Таблица. Состав современной Земли и ее первичного вещества, %

[Сорохтин и др., 2002]

Оболочка К О М П О Н Е Н Т Ы
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O Cr2O3 P2O5 NiO FeS Fe Ni
Кора (конт) 59.3 0.7 15.0 2.4 5.6 0.1 4.9 7.2 2.5 2.1 - 0.2 - - - -
Мантия (модель) 45.5 0.6 3.67 4.15 4.37 0.13 38.4 2.28 0.43 0.01 0.41 - 0.1 - - -
Ядро (модель) - - - - 49.3 - - - - - - - - 6.69 43.4 0.56
Вещество (расчет) 30.9 0.41 2.52 - 22.8 0.09 25.8 1.56 0.3 0.02 0.28 - 0.07 2.17 13.1 0.18

Таким образом, температура и химический состав вещества в центре Земли, а также совпадение состава (Fe) и возраста (4.5-4.6 млрд. лет) метеорита, упавшего в США в Каньоне-Дьябло штата Аризона, с аналогичными для Земли подтверждают гипотезу о составе и жидком состоянии внешней оболочки ее ядра. Об этом же свидетельствует наличие мощных приливов на поверхности Земли, а также известных нутационных колебаний (биения) земной оси с периодом около суток и колебаний полюсов с периодом 1,2 года нереальных (по расчетам) в случае твердого ядра. Температура плавления силикатов железа (7000-8500°К ) значительно выше, чем в ядре, поэтому они остаются в нижней мантии в твердом состоянии.



Возникновение жидких астеносферы и внешнего ядра Земли послужило причиной того, что параллельно с гравитационной дифференциацией вещества 4-3,8 млрд. лет назад в ее недрах начался процесс химико-плотностной конвекции (лат. convectio – доставка). Он характерен для сред с неустойчивой стратификацией плотности, когда под действием архимедовых сил более легкие вещества на границах, например, мантия-ядро или мантия-астеносфера всплывают, а более тяжелые - тонут. В результате, кроме формирования ядра нашей планеты, на ее поверхности (литосфере) образовались первые рифтовые трещины, начались магматические излияния, сопровождавшиеся дегазацией мантии и определившие в дальнейшем образование (конденсацию) гидросферы, формирование базальтовой земной коры океанского типа и метаморфизированной гранулитовой коры континентального типа.



Самые древние породы, обнаруженные на Земле геологами, датируются возрастом 3,75-3,8 млрд. лет(формация Исуа в Западной Гренландии) – началом древнейшего в земной геологической истории периода архейской эры. Сторонники гипотезы «холодного» происхождения Земли полагают, что породы предыдущего катархейского периода (старше 3.8 млрд. лет) в процессе конвекции погрузились в ее расплавленные недра. Поэтому, кстати, перевод греческой приставки «ката» (вниз) в названии периода предлагается понимать как напоминание о погружение вниз в верхнюю мантию Земли и исчезновение из исторической летописи всех геологических объектов до архейского возраста [3].

Нижней границей земной коры является поверхность Мохоровичича.Она залегает под континентами на глубине 25-75 км (в среднем 35 км). Под океанами толщина земной коры всего 6-10 км – в 5 раз тоньше материковой. Кроме того, самая «старая» океаническая земная кора имеет возраст всего 200 млн. лет, в то время когда большая часть ее континентального аналога по возрасту приближается к 1 млрд. лет, а многие породы, слагающие континенты - к 2-3 млрд.

Различным оказалось и строение океанической и материковой земной коры (рис.1.4). На континентах она имеет верхний – 1-3 км осадочныйслой, промежуточный - 15-20 км гранитныйи нижний, самый плотный, – 15-17 км базальтовый слой. Такая структура земной коры существует и в океанах до глубин 3500 м – на материковом шельфе, склоне и большей части подножья материков.

Рис.1.4. Океаническая земная кора не только тоньше и моложе материковой, но в ней еще отсутствует «гранитный» слой.

[podelise.ru]

Начиная с глубины более 3640 м дно океана сложено совершенно другим типом земной коры. В верхней ее части лежит слой рыхлых осадков толщиной всего 700 м! Далее, до глубины 1,7 км, следует слой уплотненных осадков, а под ним – с горизонта 4.2 км, начинается базальтовый – аналог континентального базальтового слоя.

Таким образом, в земной коре под большей частью Мирового океана гранитный слой отсутствует. Морские горы состоят из вулканических – базальтовых пород, поднявшихся во время извержений на поверхность океанического дна из земных недр. На материках же горы оказываются сложенными из осадочных гранитных пород, сжатых в многочисленные складки - геосинклинали.

Описанные типы земной коры оказываются не единственными на нашей планете. Под переходной зоной дна Мирового океана и его срединными океаническими хребтами она обладает очень сложной структурой и относится к геосинклинальному и рифтогенальномутипам.

Под земной корой расположена верхняя мантия,доходящая до горизонта 400 км, затем идут средняя (слой 400-1000 м) и нижняя (слой 1000-2700 км) мантии. Температура пород верхней мантии на глубине 430 м составляет 2010К, в средней мантии на глубине 1000 км – 2260К, на нижней границе мантии (2886 км) и поверхности земного ядра – 3130К .



2




Сейчас читают про: