Меню

Анализ строения земли по распространению сейсмических волн геосферы земли

Анализ строения земли по распространению сейсмических волн. Понятие о геосферах.

Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях — при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой — кора — имеет среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры — континентальный
(материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа..
На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают.
Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) — между мантией и внешним ядром — располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн, а скорость поперечных волн уменьшается. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы
(12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав

Геосфе́ры (от греч. гео — Земля, сфера — шар) — географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.

Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное — субъядро (твёрдое).

Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера социосфера (Ефремов Ю. К., 1961) и ноосфера (Вернадский В. И.). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).

4.Земля как космическое тело:

Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, [1][2][3][4] и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник — Луну

Земля взаимодействует с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней.

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду — шарообразная форма с утолщениями на экваторе

5. Биосфера и её влияние на геологические процессы:

Биосфе́ра — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли.

На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Тем самым их останки с веками преобразовались в месторождения угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

6. Общие сведения о гидросфере:

Гидросфе́ра — совокупность всех водных запасов Земли.

В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле.

7. Литосфера и её строение. Материковый и океанический типы земной коры:

Литосфера – это внешняя оболочка «твёрдой» Земли, расположенная ниже атмосферы и гидросферы над астеносферой. Мощность литосферы изменяется от 50 км (под океанами) до 100 км (под материками). В её составе – земная кора и субстрат, входящий в состав верхней мантии. Границей между земной корой и субстратом служит поверхность Мохоровичича, при пересечении которой сверху вниз скачкообразно увеличивается скорость продольных сейсмических волн. Пространственное (горизонтальное) строение литосферы представлено её крупными блоками – т.н. литосферными плитами, отделёнными друг от друга глубинными тектоническими разломами. Литосферные плиты движутся в горизонтальном направлении со средней скоростью 5-10 см в год.

Читайте также:  Приватизация земли что это значит

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 (океанический) её строение более простое (два слоя: осадочный и базальтовый), средняя мощность – около 8 км. Выделяются также переходные типы земной коры.

8.Земная кора. Её строение и хим. Состав:

Земна́я кора́ — внешняя твёрдая оболочка Земли (геосфера).. С внешней стороны большая часть коры покрыта гидросферой, а меньшая находится под воздействием атмосферы.

Кора есть на большинстве планет земной группы, Луне и многих спутниках планет-гигантов. В большинстве случаев она состоит из базальтов. Земля уникальна тем, что обладает корой двух типов: континентальной и океанической.

Масса земной коры оценивается в 2,8×10 19 тонн (из них 21 % — океаническая кора и 79 % — континентальная). Кора составляет лишь 0,473 % общей массы Земли.

Содержание в земной коре наиболее распространенных элементов (в % от массы земной коры)
Кислород 47,2%
Кальций 3,6 %

Кремний 27,6%
Натрий 2,64%
Алюминий 8,8%

Калий 2,6%
Железо 5,1%
Магний 2,1%

9.Строение Земли, понятие о геосферах:

Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая. Геологические слои Земли по глубине от поверхности:

Геосфе́ры— географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.

Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Статус геосферы им придаётся лишь исходя из значения в жизни человека на Земле, соизмеримого с ролью первичных геосфер. аждая из перечисленных выше геосфер изучается отдельной наукой или набором отдельных наук, изучающих каждую сферу на разных системных уровнях.

10. Атмосфера. Её строение состав:

Атмосфе́ра — газовая оболочка (геосфера), окружающая планету Земля. Внутренняя её поверхность покрывает гидросферу и частично кору, внешняя граничит с околоземной частью космического пространства.

Строение атмосферы:

-Тропосфера— Её верхняя граница находится на высоте 8—10 км в полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических широтах; зимой ниже, чем летом. Нижний, основной слой атмосферы. Содержит более 80 % всей массы атмосферного воздуха и около 90 % всего имеющегося в атмосфере водяного пара. В тропосфере сильно развиты турбулентность и конвекция, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны.

— Стратопауза— Пограничный слой атмосферы между стратосферой и мезосферой.

— Мезосфера— Мезосфера начинается на высоте 50 км и простирается до 80—90 км.

— Мезопауза— Переходный слой между мезосферой и термосферой.

— Граница атмосферы земли— Фактическая граница атмосферы земли и ионосферы находится на высоте 118 километров.

— Термосфера— Верхний предел — около 800 км/

— Экзосфера — зона рассеяния, внешняя часть термосферы, расположенная выше 700 км. Газ в экзосфере сильно разрежен, и отсюда идёт утечка его частиц в межпланетное пространство (диссипация).

Состав Атмосферы:

Атмосфера Земли состоит в основном из газов и различных примесей (пыль, капли воды, кристаллы льда, морские соли, продукты горения).

Концентрация газов, составляющих атмосферу, практически постоянна, за исключением воды (H2O) и углекислого газа (CO2).

Состав сухого воздуха
Газ Содержание по объёму, % Содержание по массе, %
Азот 78,084 75,50
Кислород 20,946 23,10
Аргон 0,932 1,286
Вода 0,5-4
Углекислый газ 0,032 0,046
Неон 1,818×10 −3 1,3×10 −3
Гелий 4,6×10 −4 7,2×10 −5
Метан 1,7×10 −4
Криптон 1,14×10 −4 2,9×10 −4
Водород 5×10 −5 7,6×10 −5
Ксенон 8,7×10 −6
Закись азота 5×10 −5 7,7×10 −5

Кроме указанных в таблице газов, в атмосфере содержатся SO2, NH3, СО, озон, углеводороды, HCl, HF, пары Hg, I2, а также NO и многие другие газы в незначительных количествах.

11.Понятие о геосинклиналях и их главные особенности:

геосинклиналь — вид складчатых изгибов слоёв земной коры, характерный вогнутой формой, наклоном слоев к оси и залеганием более молодых слоёв в осевой части и более древних на крыльях.

  • Конседиментационные. Синклинали, образующиеся одновременно c накоплением осадков и отличающиеся их повышенной мощностью и более глубоководным характером.
  • Постседиментационные. синклинали, возникшие после завершения осадконакопления.

ГЕОСИНКЛИНАЛЬ — , огромный бассейн или впадина, где находятся залежи осадочных отложений и вулканических горных пород тысячеметровой толщины, накопившиеся за время медленной просадки пород в течении долгих геологических периодов.

ГЕОСИНКЛИНАЛЬ (от гео. и синклиналь) (геосинклинальный пояс) — длинный (десятки и сотни километров) относительно узкий и глубокий прогиб земной коры, возникающий на дне морского бассейна, обычно ограниченный разломами и заполненный мощными толщами осадочных и вулканических пород. В результате длительных и интенсивных тектонических деформаций превращается в сложную складчатую структуру — часть горного сооружения. Геосинклинали расположены обычно или в зоне перехода от океана к континенту, или между континентами. Рассматриваются как области превращения океанической земной коры в континентальную. Пример современного аналога геосинклиналя — островные дуги (вместе с глубоководными желобами) окраинных и внутренних морей.

Читайте также:  Все про рельеф земли

12. Основные геотектонические гипотезы:

Источник

Внутреннее строение Земли. Сейсмический метод изучения внутреннего строения Земли

Основные вопросы, рассматриваемые на лекции:

1. Сейсмический метод изучения внутреннего строения Земли.

2. Состав, строение и свойства внутренних геосферЗемли.

1. Сейсмический метод изучения внутреннего строения Земли.Сейсмический метод (от греч. «сейма» – колебание, земле­трясение) изучения внутреннего строения Земли основан на наблюдениях за распространением сейсмических волн в ее недрах. Сейсмические волны –это упругие колебания вещест­ва, вызванные землетрясениями или искусственными взрыва­ми.

Сейсмические волны бывают двух типов – объемные и поверхностные. Объемные волны бывают двух типов продольные и пoперечные.

Продольные сейсмические волны распространяются в любых средах (твердой, жидкой, газообразной). Скорость их распространения в 1,7 раза больше скорости поперечных волн. Поэтому на сейсмограммах они регистрируются раньше, чем поперечные волны, и называются первичными, или волнами Р (от лат. Prima – первые).

Поперечные волны связаны со сдвигом вещества, т. е. с изменением его формы. Эти волны могут проходить только через твердое тело и затухают в жидком и газообразном веществах, ибо два последних не сопротивляются изменению формы. Поскольку на сейсмограммах поперечные волны регистрируются после про­хождения продольных волн, то они получили название вторичных, или S-волн (от лат sekundo – вторые).

Скорость распространения продольных волн vр зависит от плотности среды в данной точке ρ, модуля сжатия К и мо­дуля сдвига μсдв выражается формулой, известной из курса общей физики

(2.1)

(2.2)

Поскольку в жидких средах модуль сдвига μсдв=0, то это означает, что в них скорость распространения продольных волн равна

(2.3)

а скорость поперечных волн Vs=0. Из этого следует, что по­перечные сейсмические волны, в отличие от продольных, мо­гут распространяться только в твердых средах; в жидкос­тях и газах они затухают.

Поверхностные сейсмические волны. Поверхностные вол­ны (L-волны, от лат. longa–длинные) возникают на гра­нице разнородных сред у поверхности материков и океани­ческою дна.Они имеют большую длину, чем продольные и по­перечные волны, а скорость их меньше. В поверхностных волнах величина смещения максимальна на поверхности и очень быстро (по экспотенциальному закону) убывает с ростом глубины и обратно пропорционально расстоянию от их источника. Длина поверхностных волн – от десятков до многих сотен километров. Поэтому с их помощью изучаются лишь наружные слои Земли толщиной не менее нескольких километров.

Сейсмическая модель внутреннего строения Земли. Первая поверхность скачка скорости продольных и поперечных сейсмических волн находится на глубине в среднем около 60–70 км (верхняя мантия). На этой глубине от земной поверхности скорость распространения продольных волн резко возрастает с 5 до 8 км/с, резко возрастает и скорость поперечных волн – с 1,5 до 4,5 км/с. В следующем слое скорость продольных волн постепенно увеличивается, достигая максимума в 13,6км/с на глубине около 2900 км (верхнее ядро), после чего резко падает до 8,1 км/с, а затем к цент­ру Земли медленно возрастает до 11,3км/с

Скорость поперечных волн в слое от 70 до 2900 км так же, как и скорость продольных волн, постепенно нарастает до 7,5 км/с На глубине 2900км, как и у продольных, она резко снижается, но в отличие от них приближается к нулю.

Резкое изменение скоростей сейсмических волн на глубинах 70 и 2900 км дает основание для выделения в ней трех основных частей, или трех внутренних геосфер наружной (земной коры), промежуточной (мантии) и внутренней (ядра).

На границах сейсмических разделов первого порядка — между земной корой и верхней мантией и между нижней мантией и внешним ядром существенно изменяется и плотность вещества. Так, непосредственно ниже границы Мохо плотность пород значительно выше, чем в земной коре, и составляет 3,4 10 3 кг/м 3 В основании нижней мантии на глубине 2900 км она равна 5,7 10 3 кг/м 3 . При переходе от мантии к ядру происходит резкое увеличение плотности до 10 10 3 кг/м 3 . Затем плотность повышается до 11,5 кг/м 3 ,а во внутреннем ядре составляет примерно 13 кг/м 3 .

Внутренние геосферы сильно различаются по толщине, объему и массе. Самой малой по толщине (33 км, или 0,5 % радиуса Земли), массе (5·10 22 кг, или 0,8 % массы Земли) и по объему (1,7 10 10 км 3 , или 1,6 % объема Земли) является земная кора, наибольшей по массе (405-1022 кг, или 67,8 %) и объему (89,1 10 10 км 3 , или 82,2 %) – мантия, а по толщине–ядро (3573 км, или 55,2 %).

Читайте также:  Агентство по переводу земель из одной категории в другую

2. Состав, строение и свойства внутренних геосфер Земли. Мощность земной коры изменяется от 5–8 км под океанами до 30–40км в равнинных областях и до 70–75 км в ropныx районах континентальных областей. Средняя плотность земной коры составляет около 2,8 кг/м 3 . Самые древние из найденных образцов пород континентальной земной коры существуют на Земле 3,8млрдлет (океани­ческой коры – не ранее 200 млн. лет).

Материковая кора состоит из осадочного (р = 2,2 10 3 кг/м 3 ), гранитного (ρ=2,4–2,6 кг/м 3 ) и базальтового слоев (p = (2,8–3,3)∙103 кг/м 3 ). Океаническая кора тоньше материковой, она состоит из двух основных слоев–осадочного и базальтового.

Геохимический анализ показывает наличие в земной коре 93 химических элементов. Значения средних содержаний элементов в коре называются кларками (%) О–47,2; Si– 27,6; Al–8,3; Fe–5,1; Ca–3,6; Na–2,64; K–2,6, Mg– 2,1, Ti–0,6; H–0,15; C–0,1. На долю этих 11 элементов приходится 99,99% массы земной коры.

Мантия является переходной геосферой (промежуточной оболочкой) между земной корой и ядром Земли. Верхняя ее граница совпадает с поверхностью Мохо, нижняя – находится на глубине 2900км. По скорости прохождения сейсмических волн мантия под­разделяется на три слоя: В, С и Д. Верхний из них (слой В) называется верхней мантией, или слоем Гутенберга. Его ниж­няя граница расположена на глубине 350–410км. В пределах этого слоя продольные волны распространяются со скоростью более 8 км/с. Второй слой (С) – средняя мантия, или слой Голицына, простирается до глубины 850–900 км Скорость распространения продольных волн здесь достигает 11,4 км/с. Третий слой (Д) – нижняя мантия простирается до глубины 2900 км. В основании нижней мантии их ско­рость продольных волн достигает 13,6 км/с, поперечных–7,3 км/с.

Сейсмическим методом в верхней мантии на глубине око­ло 120–200 км под материком и 60–100 км и более под океанической корой установлен слой как бы «размягченных» горных пород, называемый астеносферой (от греч «астянос»– слабый) Астеносферный слой, или так называемый пояс размягчения, наиболее четко выражен и приподнят местами до глубин 20–25 км и менее под наиболее подвижными зонами земной коры и, напротив, слабо выражен и опущен под наиболее спокойными участками континентов (щитами платформ). В сводах молодых горных сооружений, как и в осевых зонах срединно-океанических хребтов, кровля астеносферы может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Вязкость вещества астеносферы на 2–3 порядка ниже, чем в покрывающих и подстилающих ее слоях мантии. Понижение скоростей продольных и поперечных сейсмических волн и повышение электропроводности в астеносфере можно объяснить частичным (около 1–10%) плавлением вещества мантии, происходящим в результате более быстрого повышения температуры с глубиной, чем повышение давления.

В мантии вещество облегченное удалением металлов, поднимается к земной коре, а тяжелое опускается. Так в мантии возникают вертикальные конвекционные токи. В верхней мантии на глубинах от 100 до 350 км, осо­бенно в пределах 100–150 км, сочетание температуры и давления таково, что вещество находится в размягченном или расплавленном состоянии и стремится всплыть. Вертикальные конвекционные токи металлов порождают горизонтальные астеносферные течения. Их скорость дости­гает нескольких десятков сантиметров в год (дрейф материков).

Верхняя часть мантии выше астеносферы вместе с земной корой составляют литосферу (от греч lithos–камень и sparia–шар), сравнительно хрупкую оболочку, обладающую упругими свойствами вверху и упруго-пластичными – внизу. В современной мантии около 8% ее массы приходится на железо, 30% его уже спустилось в ядро.

Ядро Земли На глубине 2900 км отмечается второй сейсмический раздел первого порядка, отделяющий мантию oт ядра. Тот факт, что земное ядро не пропускает через себя поперечные волны, скорость которых в нем равна нулю, означает, что модуль сдвига вещества ядра также равен нулю.

Земное ядро (его еще называют барисферой) – наиболее плотная внутренняя геосфера Земли. Средняя плотнось ядра – около 10,7-103 кг/м 3 , радиус–3470 км. По сейсмическим данным – скачку скорости продольных волн на глубине около 5000 км – в нем выделяют внешнее ядро, или слой Е, до глубины 4980 км и внутреннее ядро, или слой G. Между внешним и внутренним ядром имеется переходная зона (слой F) толщиной около 140км.

На глубине 2900км, т. е. на верхней границе ядра, давление достигает 137 ГПа, а в центральной его части – 343 ГПа. По физическим свойствам вещество в этом состоянии универсально-металлическое, обладающее магнитными свой­ствами. При температурах, господствующих внутри Земли (принимается, что температура в центральной части ядра около 5000°С), внешнее ядро расплавлено, а внутреннее, по последним данным, находится в твердом состоянии. По современным представлениям ядро на 85–90% состоит из железоникелевого сплава с примесью S, Mg и Si железное ядро). Во внешнем жидком ядре легкой добавкой к железу является кислород, а во внутреннем – никель.

Источник

Adblock
detector