Внутреннее строение и неоднородности Земли

Общая картина внутреннего строения Земли. Состав вещества земного ядра. Блоки земной коры. Литосфера и астеносфера. Строение фундамента Восточно-Европейской платформы. Краткая характеристика глубинного строения территории Беларуси и сопредельных областей.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Контрольная работа

Внутреннее строение и неоднородности Земли

Современные представления о внутреннем строении и составе вещества Земли получают на основании изучения и интерпретации главным образом таких геофизических полей, как поле силы тяжести, геомагнитное, электромагнитное и сейсмическое поля. Эти поля создаются либо непосредственно физическими неоднородностями и динамикой глубинного вещества, либо являются откликом (реакцией) последних на внешние или внутренние естественные или искусственные воздействия. Каждое поле обусловливается только ему присущими физическими характеристиками вещества: поле силы тяжести связано с плотностью, геомагнитное поле - с намагниченностью, электромагнитное поле - с электропроводностью и сейсмическое поле - с упругими свойствами вещества. Геофизики располагают теорией поля, аналитически описывающей связь полей с физическими характеристиками и формой возмущающих объектов (тел). Это инструмент геофизика, с помощью которого по наблюденным геофизическим полям дается оценка особенностей внутреннего строения Земли с различной степенью детальности - от характеристики структуры крупных оболочек Земли до определения параметров тех или иных месторождений полезных ископаемых.

В данном разделе рассмотрим общую картину внутреннего строения Земли и дадим краткую характеристику глубинного строения территории Беларуси и сопредельных областей.

Сначала определимся с фигурой Земли. Под фигурой Земли в настоящее время понимают тело, поверхность которого совпадает с невозмущенной ветровыми течениями и приливными явлениями поверхностью мирового океана и сообщающихся с ним морей, продолженная под континенты по закону эквипотенциальной поверхности. Эту фигуру называют геоидом. Масса геоида, моменты инерции и скорость его вращения равна соответствующим величинам для Земли в целом.

В научных и практических исследованиях геоид аппроксимируется гидростатически равновесным однородным эллипсоидом вращения, а поверхность геоида характеризуется отклонениями (ундуляциями) ее от поверхности эллипсоида. Эти отклонения (высоты геоида) составляют десятки метров (от +86 до -105 м); на территории Беларуси - от 24 до 35 м. Они (высоты) связаны с крупными плотностными неоднородностями вещества в основном в верхних оболочках Земли и характеризуют отклонения реальной Земли от гидростатически равновесного состояния.

В целом Земля как физический объект обладает массой 5,981027 г, ее средний радиус равен 6371 км, средняя плотность вещества 5,52 г/см3, среднее ускорения силы тяжести на земной поверхности равно 981 Гал (см/с2), центробежное ускорение на экваторе составляет -3,4 Гал, а сжатие 1:298,3. Земля как магнитный диполь создает геомагнитное поле интенсивностью от 33 000 нТл на экваторе до 66 000 нТл на полюсах. На территории Беларуси модуль полного вектора геомагнитного поля в среднем равен 50 000 нТл.



Твердая Земля включает: земное ядро радиусом 3400--3500 км, его мантию толщиной около 2850 км и тонкую земную кору, покрывающую мантию (рис.3.1).

Земное ядро. Верхняя граница ядра зафиксирована на глубине 2870--2920 км по записям упругих колебаний, вызванных глубокими землетрясениями: поперечные сейсмические волны затухают в земном ядре, а продольные волны резко уменьшаются в 1,7 раза (рис.3.1, 3.2). Ядро подразделяется на внутреннее эффективно жесткое ядро радиусом 1200-1250 км, промежуточное и внешнее эффективно жидкое ядро толщиной около 1900 км, разделенные переходной зоной толщиной 300-400 км. Плотность вещества в центре Земли около 13-14 г/см3, на нижней границе внешнего ядра 11,4-12,3 г/см3, а на границе «ядро-мантия» - 9,5-10,1 г/см3. Масса земного ядра составляет 31-32% от общей массы Земли. Фигура поверхности ядра неравномерно отклоняется от фигуры эллипсоида вращения: от -4 до +6 км, при этом для территории Беларуси это отклонение примерно +2 км.

Теоретическая геофизика полагает, что конвекция вещества во внешнем ядре возбуждает основное магнитное поле Земли, а перемещения внутреннего ядра относительно внешнего создают вековые вариации геомагнитного поля.

Что касается состава вещества земного ядра, то теоретические и экспериментальные исследования свойств химических связей железа при высоких давлениях, а также данные о плотностях вещества и скоростях прохождения сейсмических волн через ядро позволяют утверждать, что внешнее ядро состоит из окиси одновалентного железа Fe2O, а внутреннее - из железо-никелевого сплава Fe0,9Ni0,1. Промежуточный между ними слой - сульфидный FeS.

Мантия Земли - это оболочка, накрывающая земное ядро (рис.3.1, 3.2). Ее нижняя граница находится на глубине 2870-2920 км, а верхней границей является поверхность Мохоровичича (сокращенно Мохо или М), она же - подошва выше расположенной земной коры. Граница Мохо фиксируется скачком скоростей сейсмических волн от 7,8-7,9 км/с в земной коре до 8,0-8,2 км/с на глубинах 35-60 км в платформенных областях и 10-20 км - под океанами.

Мантия состоит из следующих оболочек (сверху-вниз): верхняя мантия до глубин 400 км, слой Голицина от 400 до 1000 км, нижняя мантия до кровли земного ядра (т.е. до глубин примерно 2900 км). В верхней мантии под океанами и в ряде регионов под континентами выделяется астеносферный слой или слой Гутенберга, характеризующийся резким понижением скоростей распространения сейсмических волн на общем фоне монотонного увеличения их с глубиной (рис.3.3). На территории Беларуси и в смежных регионах этот слой зафиксирован на глубинах 100-200 км и имеет мощность примерно 30-100 км. По современным геофизическим данным в мантии выделяется несколько геосфер.

По оценкам геофизиков плотность вещества мантии, в целом увеличиваясь с глубиной, тем не менее имеет сложную картину возрастания: в верхней мантии, исключая астеносферу, где плотность скачком изменяется от 3,4 до 3,1 г/см3, плотность увеличивается от 3,2-3,4 г/см3 до 3,63-3,70 г/см3; затем в слое Голицина она резко возрастает до 4,55-4,65 г/см3, и далее в нижней мантии ее значения повышаются до 5,53-5,66 г/см3 практически с тем же градиентом, что и в верхней мантии (рис. 3.1, 3.2).

Состав современной мантии, масса которой составляет 67,8% от общей массы Земли, оценивается как силикатный, причем в среднем одинаковый и для верхней и для нижней мантии - 45,7% SiO2 и 38,4% MgO, и близок к океаническим лерцолитам. Средняя вязкость вещества мантии 1022-1024 Пас, в астеносфере она уменьшается до 1019-1020 Пас. Теоретические оценки показывают, что на границе «мантия-ядро» вязкость вещества резко падает почти до единиц.

Земная кора. Это самый верхний слой твердой Земли. Он включает (сверху-вниз) осадочный (платформенный) чехол, кристаллический фундамент («гранитно-метаморфический» слой), средний - «диоритовый» слой и нижний - «базальтовый» слой. Как ранее отмечалось, подошвой земной коры является сейсмическая граница Мохо. На материках эта граница залегает на глубинах в среднем 4010 км, а под океанами - 155 км. На рис. 3.4 приведена карта рельефа поверхности Мохо (мощности земной коры) территории Беларуси и смежных областей, построенная по материалам глубинных сейсмических и магнитотеллурических зондирований, гравитационному и магнитному полям.

Земная кора Беларуси и смежных регионов имеет сложное слоисто-блоковое строение. Четыре ее основных слоя существенно различаются по составу, мощности и физическим свойствам. Границы между слоями установлены по значениям скоростей распространения сейсмических волн: кровля «гранитно-метаморфического» слоя (кристаллического фундамента) характеризуется значениями 5,0-5,5 км/с, кровля «диоритового» слоя примерно 6,4 км/с, кровля «базальтового» слоя 6,8 км/с, его подошва - 7,8-7,9 км/с, поверхность Мохо - около 8,0-8,2 км/с. В основном скорости сейсмических волн с глубиной увеличиваются.

Блоки земной коры разделяются глубинными разломами мантийного заложения и характеризуются различными соотношениями мощностей основных слоев (исключая платформенный), мощностью земной коры в целом и распределением физических характеристик. Выделяют семь основных и несколько промежуточных типов строения земной коры.



Тип А характеризуется следующими параметрами: мощность нижнего слоя (b) существенно больше мощности среднего (d) и верхнего (g) слоев, bd, bg; значительная мощность земной коры (более 55 км); граница Мохо образует крупную впадину с амплитудой порядка 15 км; высокая намагниченность вещества нижней части земной коры - более 4,5 А/м, плотность 2,95-3,05 г/см3.

Тип В: bd, bg; мощность земной коры около 55 км; граница Мохо - впадина (амплитудой около 10-12 км) с горстообразной локальной структурой в центральной части; существенная намагниченность вещества нижней части коры (около 4,0 А/м), плотность 3,00-3,15 г/см3.

Тип С: bd, bg; мощность земной коры около 50 км; граница Мохо имеет ступенчатый характер с амплитудами до 15 км; намагниченность вещества нижней части коры средняя - около 3,0 А/м, плотность 2,82-2,97 г/см3.

Тип D: bd, bg; мощность земной коры около 45 км; граница Мохо субгоризонтальная, пологая, возможны ступени не более 5 км; намагниченность вещества нижней части коры умеренная - около 2,0 А/м, плотность 3,00-3,10 г/см3.

Тип Е: bd, bg; мощность земной коры меньше 40 км; граница Мохо - поднятие с амплитудой 8-10 км; намагниченность вещества нижней части коры слабая - до 0,5 А/м, плотность около 3,00 г/см3.

В ряду ABCDE особенно примечательно закономерное уменьшение мощности земной коры от 576 км до 382 км, а также уменьшение мощности нижнего слоя от 314 км до 5-7 км. Форма рельефа Мохо последовательно переходит о...