Внутрішня будова землі
Внутрішня будова Землі
Зміст
Сучасні уявлення про внутрішню будову і склад речовини Землі отримують на підставі вивчення та інтерпретації головним чином таких геофізичних полів, як поле сили тяжіння, геомагнітне, електромагнітне і сейсмічне поля. Ці поля створюються або безпосередньо фізичними неоднорідностями і динамікою глибинного речовини, або є відгуком (реакцією) останніх на зовнішні або внутрішні природні або штучні впливу. Кожне поле обумовлюється тільки йому притаманними фізичними характеристиками речовини: полі сили тяжіння пов`язано з щільністю, геомагнітне поле - з намагніченістю, електромагнітне поле - з електропровідністю і сейсмічне поле - з пружними властивостями речовини. Геофізики розташовують теорією поля, аналітично описує зв`язок полів з фізичними характеристиками і формою обурюють об`єктів (тел). Це інструмент геофізика, за допомогою якого по наблюденним геофізичних полів дається оцінка особливостей внутрішньої будови Землі з різним ступенем детальності - від характеристики структури великих оболонок Землі до визначення параметрів тих чи інших родовищ корисних копалин.
В даному розділі розглянемо загальну картину внутрішньої будови Землі і дамо коротку характеристику глибинної будови території Білорусі і суміжних областей.
На рис.4 представлена загальна картина шарувато-однорідної Землі, а на рис. 5 - швидкісна характеристика всередині твердої Землі.
Відео: Розвиваючий мультфільм Внутрішня будова землі
В цілому Земля як фізичний об`єкт має масу 5,98 1027 г, її середній радіус дорівнює 6371 км, середня щільність речовини 5,52 г / см3, середнє прискорення сили тяжіння на земній поверхні одно 981 Гал (см / с2), Відцентрове прискорення на екваторі становить -3,4 Гал, а стиснення 1: 298,3. Земля як магнітний диполь створює геомагнітне поле інтенсивністю від 33 000 нТл на екваторі до 66 000 нТл на полюсах. На території Білорусі модуль повного вектора геомагнітного поля в середньому дорівнює 50 000 нТл.
Тверда Земля включає: земне ядро радіусом 3400-3500 км, його мантію товщиною близько 2850 км і тонку земну кору, яка покриває мантію (див. Рис. 4, 5).
Відео: Внутрішня будова землі
Земне ядро.
Верхня межа ядра зафіксована на глибині 2870-2920 км по записах пружних коливань, викликаних глибокими землетрусами: поперечні сейсмічні хвилі затухають в земному ядрі, а поздовжні хвилі різко зменшуються в 1,7 рази. Ядро поділяється на внутрішнє ефективно жорстке ядро радіусом 1200-1250 км, проміжне і зовнішнє ефективно рідке ядро товщиною близько 1900 км, розділені перехідною зоною товщиною 300-400 км. Щільність речовини в центрі Землі близько 13-14 г / см3, на нижній межі зовнішнього ядра 11,4-12,3 г / см3, а на кордоні «ядро-мантія» - 9,5-10,1 г / см3. Маса земного ядра складає 31-32% від загальної маси Землі. Фігура поверхні ядра нерівномірно відхиляється від фігури еліпсоїда обертання: від -4 до +6 км, при цьому для території Білорусі це відхилення приблизно +2 км.
Теоретична геофізика вважає, що конвекція речовини в зовнішньому ядрі збуджує основне магнітне поле Землі, а переміщення внутрішнього ядра щодо зовнішнього створюють вікові варіації геомагнітного поля.
Що стосується складу речовини земного ядра, то теоретичні та експериментальні дослідження властивостей хімічних зв`язків заліза при високому тиску, а також дані про щільності речовини і швидкостях проходження сейсмічних хвиль через ядро дозволяють стверджувати, що зовнішнє ядро складається з окису одновалентного заліза Fe2O, а внутрішнє - з залізо-нікелевого сплаву Fe0,9 Ni0,1. Проміжний між ними шар - сульфідні FeS.
Відео: 243 Внутрішня будова Землі
мантія Землі - це оболонка, що накриває земне ядро. Її нижня межа знаходиться на глибині 2870-2920 км, а верхньою межею є поверхня Мохоровичича (Мохо), вона ж - підошва вище розташованої земної кори. Кордон Мохо фіксується стрибком швидкостей сейсмічних хвиль від 7,8-7,9 км / с в земній корі до 8,0-8,2 км / с на глибинах 35-60 км в платформних областях і 10-20 км - під океанами.
Мантія складається з наступних оболонок (зверху-вниз): верхня мантія до глибин 400 км, шар Голіцина від 400 до 1000 км, нижня мантія до покрівлі земного ядра (тобто до глибин приблизно 2900 км). У верхній мантії під океанами і в ряді регіонів під континентами виділяється астеносферних шар або шар Гутенберга, що характеризується різким зниженням швидкостей поширення сейсмічних хвиль на загальному тлі монотонного збільшення їх з глибиною. На території Білорусі і в суміжних регіонах цей шар зафіксований на глибинах 100-200 км і має потужність приблизно 30-100 км.
За оцінками геофізиків щільність речовини мантії, в цілому збільшуючись з глибиною, тим не менш, має складну картину зростання: у верхній мантії, виключаючи астеносферу, де щільність стрибком змінюється від 3,4 до 3,1 г / см3, щільність збільшується від 3,2-3,4 г / см3 до 3,63-3,70 г / см3- потім в шарі Голіцина вона різко зростає до 4,55-4,65 г / см3, і далі в нижній мантії її значення підвищуються до 5,53-5,66 г / см3 практично з тим же градієнтом, що і у верхній мантії.
Склад сучасної мантії, маса якої становить 67,8% від загальної маси Землі, оцінюється як силікатна, причому в середньому однаковий і для верхньої і для нижньої мантії - 45,7% SiO2 і 38,4% MgO, і близький до океанічних лерцоліти. Середня в`язкість речовини мантії 1022-1024 Па с, в астеносфері вона зменшується до 1019-1020 Па с. Теоретичні оцінки показують, що на кордоні «мантія-ядро» в`язкість речовини різко падає майже до одиниць.
Відео: будова Землі
Земна кора.
Це самий верхній шар твердої Землі. Він включає (зверху-вниз) осадовий (платформний) чохол, кристалічний фундамент ( «гранітно-метаморфічних» шар), середній - «діорітовий» шар і нижній - «базальтовий» шари. Як раніше зазначалося, підошвою земної кори є сейсмічна межа Мохо. На материках цей кордон залягає на глибинах в середньому 40 ± 10 км, а під океанами - 15 ± 5 км.Земна кора Білорусі та суміжних регіонів має складне шарувато-блокове будова. Чотири її основних шару істотно розрізняються за складом, потужності і фізичними властивостями. Межі між шарами встановлені за значеннями швидкостей поширення сейсмічних хвиль: покрівля «гранітно-метаморфічного» шару (кристалічного фундаменту) характеризується значеннями 5,0-5,5 км / с, покрівля «діоритового» шару приблизно 6,4 км / с, покрівля « базальтового »шару 6,8 км / с, його підошва - 7,8-7,9 км / с, поверхня Мохо - близько 8,0-8,2 км / с. В основному швидкості сейсмічних хвиль з глибиною збільшуються.
Блоки земної кори поділяються глибинними розломами мантійного закладення і характеризуються різними співвідношеннями потужностей основних верств (виключаючи платформний), потужністю земної кори в цілому і розподілом фізичних характеристик. Виділяють сім основних і кілька проміжних типів будови земної кори.
Тип А характеризується наступними параметрами: потужність нижнього шару (b) Істотно більше потужності середнього (d) І верхнього (g) Шарів, bgt; gt;d, bgt; gt;g- значна потужність земної кори (понад 55 км) - межа Мохо утворює велику западину з амплітудою близько 15 км-висока намагніченість речовини нижньої частини земної кори - понад 4,5 А / м, щільність 2,95-3,05 г / см3.
Тип В: bgt;d, bgt;g- потужність земної кори близько 55 км-межа Мохо - западина (амплітудою близько 10-12 км) з горстообразной локальною структурою в центральній частині-суттєва намагніченість речовини нижньої частини кори (близько 4,0 А / м), щільність 3,00-3, 15 г / см3.
Тип С: b»d- b»g- потужність земної кори близько 50 км-межа Мохо має ступінчастий характер з амплітудами до 15 км-намагніченість речовини нижньої частини кори середня - близько 3,0 А / м, щільність 2,82-2,97 г / см3.
Тип D: blt;d, blt;g- потужність земної кори близько 45 км-межа Мохо субгоризонтально, полога, можливі ступені не більше 5 км-намагніченість речовини нижньої частини кори помірна - близько 2,0 А / м, щільність 3,00-3,10 г / см3.
Тип Е: blt; lt;d, blt; lt;g- потужність земної кори менше 40 км-межа Мохо - підняття з амплітудою 8-10 км-намагніченість речовини нижньої частини кори слабка - до 0,5 А / м, щільність близько 3,00 г / см3.
В ряду ApBpCpDpEособливо примітно закономірне зменшення потужності земної кори від 57 ± 6 км до 38 ± 2 км, а також зменшення потужності нижнього шару від 31 ± 4 км до 5-7 км. Форма рельєфу Мохо послідовно переходить від великих западин з амплітудою 15-20 км через складні структури до стійким поднятиям з амплітудою 8-10 км. Закономірно змінюється співвідношення потужності нижнього і середнього шарів: для типу А потужність нижнього шару істотно більше потужності середнього шару, для типу С вони вирівнюються, а для типу Е потужність середнього шару перевищує потужність нижнього шару. Намагніченість речовини нижньої частини кори закономірно зменшується від 4,5 А / м до 0,5 А / м.
Крім цього, виділені два позасистемних типу земної кори. Тип аномальної кори F, кори з шаром «коро-мантійних суміші». Він характеризується приблизно рівними потужностями верхнього, середнього і нижнього шарів кори і двома кордонами Мохо, що залягають на глибинах 50-53 км (раннього формування) і 35-40 км (пізнішого формування). Тип G кори шовних зон. Його параметри: потужність кори 40-55 км, потужності нижнього і середнього шарів приблизно однакові (з деякою перевагою потужності середнього шару), ступені в рельєфі Мохо з амплітудою 5-15 км, намагніченість нижніх шарів кори до 5 А / м і більше, щільність - до 2,95 = 3,07 г / см3.
Карта районування земної кори Білорусі та сусідніх регіонів за типами її глибинної будови представлена на рис.6. На цій же карті приведена карта рельєфу поверхні Мохо (потужності земної кори) території Білорусі і суміжних областей, побудована за матеріалами глибинних сейсмічних і магнитотеллурических зондувань, гравітаційному і магнітному полях. На карті: 1 - A, B, C, D, E - основні типи земної кори, F, G - додаткові типи кори, AB, BC, CD - проміжні тіпи- 2 - глибинні розломи мантійного закладення, що розмежовують блоки земної кори з різним геофізичних тіпом- 3 - внутрішньоблокові глибинні розломи мантійного заложенія- 4 - Північно-Прип`ятський і Південно-Прип`ятський крайові разломи- 5 - межі Східно-Європейської платформи- 6 - найменування блоків земної кори різної типізації: СЛ - Середньо-Литовський, Бс - Браславський, Нв - Невельський, Вж - Веліжскій, ЦЛ - Центрально-Литовський, Кл - Калінінградський, ЛП - Лепельський, Вт - Вітебський, См - Смоленський, Моз - Мазовецький , Бб - Бобруйський, Бр - Брестський, Ст - Столінський, Мо - Мозирський, Гм - Гомельський, Ко - Ковельський, Рв - Рівненський, Кр - Коростенський, Кв - Київський, Чр - Черніговскій.- 7 - назви найголовніших глибинних разломов- 8 - потужність земної кори, в км, перетин - 2 км.
Аналізуючи ці матеріали з планом сучасних тектонічних елементів (рис.7) можна відзначити, що Оршанская западина збігається з великої западиною в рельєфі Мохо на глибині близько 55 км. Східна частина Білоруської антеклізи характеризується відносно піднесеним заляганням кордону Мохо на глибинах 45-46 км, а центральна - до 55 км. Поліська сідловина по поверхні Мохо в широтному напрямку також носить характер сідловини. У Прип`ятському прогині виділяються дві поверхні Мохо. Нижня, давніша межа характерна для всієї Білорусі, а верхня, більш молода межа фіксується на глибинах 35-40 км, а в Підляського-Брестської западини - на глибинах 46-47 км. У Білорусько-Литовському геоблоці чітко вимальовуються західна і центральна системи великих лінійно-витягнутих підняттів поверхні Мохо північно-східного простягання з глибиною 45-47 км. Вони розділені западиною в рельєфі Мохо до 55 км і більше. Латвійської сідловині відповідає велике підняття поверхні Мохо, простягає в північно-західному напрямку.
На відміну від верхнього і середнього шарів земної кори, потужність нижнього шару варіює досить в широких межах - від 5-10 до 30-32 км.
Літосфера і астеносфера.
В геології і геофізики, крім розглянутих вище основних оболонок твердої Землі, розглядають ще: літосферу, астеносферу і тектоносфері. Під літосферою розуміють земну кору і верхню частину верхньої мантії до шару Гутенберга, тобто до астеносфери. Це пов`язано з поданням про істотний вплив на формування земної кори і, перш за все, на її верхню частину - геологічне середовище - тектонофізичних процесів, що відбуваються на підошві літосфери в астеносфері, в шарі, де відбувається головна трансформація припливу глибинного тепла в фізико-хімічні та фізико -механічні процеси, що зумовлюють формування і розвиток земної кори і багатьох видів родовищ корисних копалин.
Розвиваючи цю думку про вплив глибинних процесів на формування земної кори, в останні десятиліття, у зв`язку з фіксуванням Гіпоцентр землетрусів на найбільших глибинах порядку 700-800 км, введено поняття «тектоносфері» як верхній оболонки Землі до глибин 700-800 км, де відбуваються найбільш важливі для земної кори активні тектонофізичних процеси.
Астеносферних шар, як шар з відносно малим межею плинності, який контролює процес поступового (щодо повільного) наближення верхньої твердої оболонки (літосфери) до стану гідростатичної рівноваги (ізостазії), виділений як канал зі зниженою на 0,3-0,4 км / с швидкістю поширення сейсмічних хвиль на тлі загального збільшення швидкостей з глибиною. Речовина шару є пластичним, слабо чинять опір зсувними напруженням, що володіє невисоким межею міцності, що можуть деформуватися (текти) під дією малих надлишкових тисків і характеризується відносно зниженою в`язкістю 1019-1020 Па с під океанами і 1020-1021 Па с під континентами. З геофізичної точки зору астеносфера є ідеальна в`язка ньютонова рідина. Літосфера ж - пружно-пластичне, пружно-тендітне тіло, що володіє високим значенням межі міцності.
Астеносферних шар встановлений в північно-східній частині Українського щита на глибині 110-140 км, під Тіманський кряж (60-80 км), в південно-західній частині Балтійського щита (60-110км), під каледоніди островів Великобританії і Ірландії (60-180 км), під Північним морем (90-190 км), під каледоніди Норвегії (120-215 км), для таких герцинских і альпійських регіонів Європи, як герциніди Іспанії (80-180 км), зона Вранча (60-190 км), Ороген центральній частині Іспанії (100-210 км), Атлас-Бетські гори (110-190 км), Балеарські западина (60-200 км), Каталонія (100-250 км), Західні Альпи (80-210 до м), Східні Карпати (30-160 км), Рейнський грабен (90-220 км), Паннонський масив (40-180 км) і в інших областях. Відзначається висока гіпсометричне положення покрівлі астеносферних шару, його найбільші потужності в областях більшості зон активізації, що характеризуються інтенсивним мантійним тепловим потоком.
Для території Білорусі і прилеглих регіонів спостерігаються такі закономірності в потужностях літосфери і астеносфери (рис.8 і 8б). Для великих позитивних структур (південна частина Балтійського щита, Білоруська антеклиза, Український щит і розділяють їх сідловини) характерні потужна літосфера (до 190-220 км) і тонка астеносфера (до 20-40 км). Навпаки, до основних негативним структурам приурочені тонка літосфера і товста астеносфера: Прип`ятський прогин (відповідно до 100 і 130 км). Оршанская западина (до 140-160 і 50-90 км), Балтійська синеклиза (до 160-180 і 50-70 км). Це свідчить про те, що розподіл сучасних потужностей літосфери і астеносфери встановилося головним чином протягом платформного етапу розвитку Східно-Європейського кратона. Особливо істотний вплив на утоньшение літосфери надали процеси розтягування і перетворення речовини літосфери і астеносфери в результаті рифейских-ранневендского (Оршанская западина) і палеозойського (Прип`ятський прогин) рифтогенеза.
