Korelacija pojmova "zemljina kora", "litosfera", "tektonosfera". Građa zemljinog omotača i njegov sastav Tlak i temperatura
D.Yu. Pushcharovsky, Yu.M. Puščarovski (MSU nazvan po M. V. Lomonosovu)
Sastav i struktura dubokih ljuski Zemlje posljednjih desetljeća i dalje su jedan od najintrigantnijih problema moderne geologije. Broj izravnih podataka o supstanci dubokih zona vrlo je ograničen. U tom pogledu posebno mjesto zauzima mineralni agregat iz kimberlitne cijevi Lesotho (Južna Afrika), koji se smatra predstavnikom stijena plašta koje se nalaze na dubini od ~250 km. Jezgra, izvađena iz najdublje bušotine na svijetu, izbušene na poluotoku Kola i dosegla razinu od 12 262 m, značajno je proširila znanstvene ideje o dubokim horizontima zemljine kore - tankom bliskopovršinskom filmu globusa. Istodobno, najnoviji podaci iz geofizike i eksperimenti vezani uz proučavanje strukturnih transformacija minerala već omogućuju simulaciju mnogih značajki strukture, sastava i procesa koji se odvijaju u dubinama Zemlje, čije poznavanje doprinosi rješenja takvih ključnih problema moderna prirodna znanost, kao što su nastanak i evolucija planeta, dinamika zemljine kore i omotača, izvori mineralnih resursa, procjena rizika od odlaganja opasnog otpada na velikim dubinama, energetski resursi Zemlje itd.
Seizmički model građe Zemlje
Nadaleko poznati model unutarnje strukture Zemlje (dijeleći je na jezgru, plašt i koru) razvili su seizmolozi G. Jeffries i B. Gutenberg u prvoj polovici 20. stoljeća. Odlučujući faktor Istodobno je otkriveno da je došlo do naglog smanjenja brzine prolaska seizmičkih valova unutar globusa na dubini od 2900 km s planetarnim radijusom od 6371 km. Brzina prolaska longitudinalnih seizmičkih valova neposredno iznad naznačene granice iznosi 13,6 km/s, a ispod nje 8,1 km/s. To je ono što je granica plašt-jezgra.
Prema tome, radijus jezgre je 3471 km. Gornja granica plašta je seizmički presjek Mohorovičić ( Moho, M), koju je jugoslavenski seizmolog A. Mohorovičić (1857.-1936.) identificirao još 1909. godine. Odvaja zemljinu koru od plašta. U ovom trenutku, brzine uzdužnih valova koji prolaze kroz zemljinu koru naglo se povećavaju sa 6,7-7,6 na 7,9-8,2 km/s, ali to se događa na različitim razinama dubine. Pod kontinentima je dubina odjeljka M (odnosno baze zemljine kore) nekoliko desetaka kilometara, a pod nekim planinskim strukturama (Pamir, Ande) može doseći i 60 km, dok ispod oceanskih bazena, uključujući vodu stupac, dubina je samo 10-12 km . Općenito, zemljina kora u ovoj shemi izgleda kao tanka ljuska, dok se plašt proteže u dubinu do 45% polumjera Zemlje.
No sredinom 20. stoljeća u znanost su ušle ideje o detaljnijoj dubinskoj strukturi Zemlje. Na temelju novih seizmoloških podataka pokazalo se da je jezgru moguće podijeliti na unutarnju i vanjsku, a plašt na donji i gornji (slika 1). Ovaj model, koji je postao široko rasprostranjen, koristi se i danas. Započeo ju je australski seizmolog K.E. Bullen, koji je početkom 40-ih predložio shemu podjele Zemlje na zone, koje je označio slovima: A - zemljina kora, B - zona u dubini od 33-413 km, C - zona 413-984 km, D - zona 984-2898 km, D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (središte Zemlje). Ove se zone razlikuju po seizmičkim karakteristikama. Kasnije je zonu D podijelio na zone D" (984-2700 km) i D" (2700-2900 km). Trenutno je ova shema značajno modificirana iu literaturi se široko koristi samo sloj D". Njegova glavna karakteristika je smanjenje gradijenata seizmičke brzine u usporedbi s područjem plašta iznad njega.
Riža. 1. Dijagram dubinske strukture Zemlje
Što se više seizmoloških istraživanja provodi, to se više seizmičkih granica pojavljuje. Globalnim se smatraju granice od 410, 520, 670, 2900 km, gdje je posebno uočljiv porast brzina seizmičkih valova. Uz njih se identificiraju međugranice: 60, 80, 220, 330, 710, 900, 1050, 2640 km. Osim toga, postoje naznake geofizičara o postojanju granica od 800, 1200-1300, 1700, 1900-2000 km. N.I. Pavlenkova je nedavno identificirala granicu 100 kao globalnu granicu, koja odgovara nižoj razini podjele gornjeg plašta na blokove. Međugranice imaju različite prostorne raspodjele, što ukazuje na lateralnu varijabilnost fizikalnih svojstava plašta o kojima ovise. Globalne granice predstavljaju drugu kategoriju fenomena. Oni odgovaraju globalnim promjenama u okolišu plašta duž polumjera Zemlje.
Označene globalne seizmičke granice koriste se u izradi geoloških i geodinamičkih modela, dok srednje u tom smislu do sada nisu privlačile gotovo nikakvu pozornost. U međuvremenu, razlike u razmjerima i intenzitetu njihova očitovanja stvaraju empirijsku osnovu za hipoteze o pojavama i procesima u dubinama planeta.
U nastavku ćemo razmotriti kako se geofizičke granice odnose na nedavno dobivene rezultate strukturnih promjena u mineralima pod utjecajem visoki pritisci i temperature, čije vrijednosti odgovaraju uvjetima zemljinih dubina.
Problem sastava, strukture i mineralnih asocijacija dubokih zemljinih ljuski ili geosfera, naravno, još je daleko od konačnog rješenja, ali novi eksperimentalni rezultati i ideje značajno proširuju i detaljiziraju odgovarajuće ideje.
Prema moderni pogledi, sastavom plašta dominira relativno mala skupina kemijskih elemenata: Si, Mg, Fe, Al, Ca i O. Predloženi modeli sastava geosfere prvenstveno na temelju razlika u omjerima ovih elemenata (varijacije Mg/(Mg + Fe) = 0,8-0,9; (Mg + Fe)/Si = 1,2P1,9), kao i razlikama u sadržaju Al i nekih drugih elementi koji su rjeđi za duboke stijene. U skladu s kemijskim i mineraloškim sastavom, ovi su modeli dobili svoja imena: pirolit(glavni minerali su olivin, pirokseni i granat u omjeru 4:2:1), piklogitički(glavni minerali su piroksen i granat, a udio olivina se smanjuje na 40%) i eklogit, u kojem uz piroksen-granatu asocijaciju karakterističnu za eklogite, ima i nekih rjeđih minerala, posebice Al-kijanita Al2SiO5 (do 10 tež.%). Međutim, svi ovi petrološki modeli odnose se prvenstveno na stijene gornjeg plašta, protežući se do dubina od ~670 km. Što se tiče ukupnog sastava dubljih geosfera, samo se pretpostavlja da je omjer oksida dvovalentnih elemenata (MO) i silicija (MO/SiO2) ~ 2, što je bliže olivinu (Mg, Fe)2SiO4 nego piroksenu ( Mg, Fe)SiO3, i U mineralima dominiraju perovskitne faze (Mg, Fe)SiO3 s različitim strukturnim poremećajima, magnezijevstit (Mg, Fe)O sa strukturom tipa NaCl i neke druge faze u znatno manjim količinama.
Silikatni omotač Zemlje, njezin omotač, nalazi se između baze zemljine kore i površine zemljine jezgre na dubini od oko 2900 km. Tipično, prema seizmičkim podacima, plašt se dijeli na gornji (sloj B), do dubine od 400 km, prijelazni sloj Golicina (sloj C) u rasponu dubina od 400-1000 km, i donji plašt (sloj D) s bazom na dubini od približno 2900 km. Ispod oceana u gornjem dijelu plašta nalazi se i sloj smanjenih brzina širenja seizmičkih valova – Gutenbergov valovod, obično poistovjećen sa Zemljinom astenosferom, u kojem je materijal plašta u djelomično rastaljenom stanju. Ispod kontinenata zona niskih brzina u pravilu se ne razlikuje ili je slabo izražena.
Gornji plašt obično uključuje potkorne dijelove litosfernih ploča, u kojima je materijal plašta ohlađen i potpuno kristaliziran. Ispod oceana, debljina litosfere varira od nule ispod zona rascjepa do 60-70 km ispod ponora oceana. Ispod kontinenata debljina litosfere može doseći 200-250 km.
Naše informacije o strukturi plašta i Zemljine jezgre, kao i o stanju materije u tim geosferama, dobivamo uglavnom iz seizmoloških opažanja, tumačenjem hodografa seizmičkih valova uzimajući u obzir poznate hidrostatske jednadžbe koje povezuju gradijente gustoće i vrijednosti brzine širenja longitudinalnih i transverzalnih valova u sredstvu. Ovu tehniku razvili su poznati geofizičari G. Jeffries, B. Gutenberg i posebno K. Bullen još sredinom 40-ih godina prošlog stoljeća, a zatim su je značajno unaprijedili K. Bullen i drugi seizmolozi. Distribucije gustoće u plaštu konstruirane ovom metodom za nekoliko od većine popularni modeli Zemlja u usporedbi s podacima o udarnoj kompresiji silikata (model NS-1) prikazana je na sl. 10.
Slika 10.
1 - model Naimark-Sorokhtina (1977a); 2 - model Bullen A1 (1966.); 3 – Zharkovljev model “Zemlja-2” (Zharkov et al., 1971); 4 - preračunavanje podataka Pankova i Kalinjina (1975) o sastavu lerzolita s adijabatskom raspodjelom temperature.
Kao što se može vidjeti sa slike, gustoća gornjeg plašta (sloj B) raste s dubinom od 3,3-3,32 do približno 3,63-3,70 g/cm 3 na dubini od oko 400 km. Nadalje, u Golitsyn prijelaznom sloju (sloj C), gradijent gustoće se naglo povećava i gustoća se povećava na 4,55-4,65 g/cm 3 na dubini od 1000 km. Golicinov sloj postupno prelazi u donji plašt, čija se gustoća glatko (prema linearnom zakonu) povećava na 5,53-5,66 g/cm 3 na dubini njegove baze od oko 2900 km.
Povećanje gustoće plašta s dubinom objašnjava se zbijanjem njegove tvari pod utjecajem sve većeg tlaka gornjih slojeva plašta, dostižući vrijednosti od 1,35-1,40 Mbara na dnu plašta. Osobito zamjetno zbijanje silikata materijala plašta događa se u dubinama od 400-1000 km. Kao što je pokazao A. Ringwood, upravo na tim dubinama mnogi minerali doživljavaju polimorfne transformacije. Konkretno, najčešći mineral u plaštu, olivin, dobiva kristalnu strukturu špinela, a pirokseni dobivaju ilmenitnu, a zatim gustu perovskitnu strukturu. Na još većim dubinama, većina silikata, s mogućim izuzetkom enstatita, razgrađuje se u jednostavne okside s najgušćim pakiranjem atoma u odgovarajućim kristalitima.
Činjenice kretanja litosfernih ploča i pomicanja kontinenata uvjerljivo ukazuju na postojanje intenzivnih konvektivnih kretanja u plaštu, koja su tijekom života Zemlje više puta miješala svu materiju ove geosfere. Iz ovoga možemo zaključiti da su sastavi i gornjeg i donjeg plašta u prosjeku isti. Međutim, sastav gornjeg plašta pouzdano je određen iz nalaza ultramafičnih stijena oceanske kore i sastava ofiolitnih kompleksa. Proučavajući ofiolite naboranih pojaseva i bazalte oceanskih otoka, A. Ringwood je još 1962. godine predložio hipotetski sastav gornjeg plašta, koji je nazvao pirolit, dobiven miješanjem tri dijela peridotita alpskog tipa - Habsburgita s jednim dijelom havajskog bazalta. Ringwoodov pirolit je po sastavu blizak oceanskim lherzolitima koje je detaljno proučavao L.V. Dmitriev (1969, 1973). Ali za razliku od pirolita, oceanski lherzolit nije hipotetska mješavina stijena, već prava stijena plašta koja se uzdigla iz plašta u zonama rascjepa Zemlje i izložena je u transformacijskim rasjedima u blizini tih zona. Osim toga, L.V. Dmitriev je pokazao komplementarnost oceanskih bazalta i resita (preostalog nakon taljenja bazalta) harzburgita u odnosu na oceanske lerzolite, čime je dokazao primat lerzolita, iz kojih se, posljedično, tale toleitski bazalti srednjooceanskih grebena. , a sačuvani su u ostatku restit harzburgita. Dakle, najbliža korespondencija sa sastavom gornjeg plašta, a time i cijelog plašta, odgovara oceanskom lherzolitu koji je opisao L.V. Dmitriev, čiji je sastav naveden u tablici. 1.
| Oksidi | Sastav kontinentalne kore (1) | Model sastava Zemljinog plašta (2) | Model sastava Zemljine jezgre | Sastav Zemljine primarne tvari (izračun) | Prosječni sastav hondrita (3) | Prosječni sastav ugljičnih hondrita (4) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| SiO2 | 59,3 | 45,5 | — | 30,78 | 38,04 | 33,0 |
| TiO2 | 0,7 | 0,6 | — | 0,41 | 0,11 | 0,11 |
| Al2O3 | 15,0 | 3,67 | — | 2,52 | 2,50 | 2,53 |
| Fe2O3 | 2,4 | 4,15 | — | — | — | — |
| FeO | 5,6 | 4,37 | 49,34 | 22,76 | 12,45 | 22,0 |
| MnO | 0,1 | 0,13 | — | 0,09 | 0,25 | 0,24 |
| MgO | 4,9 | 38,35 | — | 25,77 | 23,84 | 23,0 |
| CaO | 7,2 | 2,28 | — | 1,56 | 1,95 | 2,32 |
| Na2O | 2,5 | 0,43 | — | 0,3 | 0,95 | 0,72 |
| K2O | 2,1 | 0,012 | — | 0,016 | 0,17 | — |
| Cr2O3 | — | 0,41 | — | 0,28 | 0,36 | 0,49 |
| P2O5 | 0,2 | — | — | — | — | 0,38 |
| NiO | — | 0,1 | — | 0,07 | — | — |
| FeS | — | — | 6,69 | 2,17 | 5,76 | 13,6 |
| Fe | — | — | 43,41 | 13,1 | 11,76 | — |
| Ni | — | — | 0,56 | 0,18 | 1,34 | — |
| Iznos | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 99,48 | 98,39 |
Osim toga, prepoznavanje postojanja konvektivnih kretanja u plaštu omogućuje određivanje njegovog temperaturnog režima, jer tijekom konvekcije raspodjela temperature u plaštu treba biti blizu adijabatske, tj. na onu u kojoj nema izmjene topline između susjednih volumena plašta povezane s toplinskom vodljivošću tvari. U ovom slučaju, gubitak topline iz plašta događa se samo u njegovom gornji sloj- kroz Zemljinu litosferu, raspodjela temperature u kojoj se već oštro razlikuje od adijabatske. Ali adijabatska raspodjela temperature lako se izračunava iz parametara materijala plašta.
Kako bi se testirala hipoteza o ujednačenom sastavu gornjeg i donjeg plašta, metodom udarne kompresije silikata na tlakove od oko 1,5 Mbar izračunata je gustoća oceanskog lherzolita podignutog u transformacijskom rasjedu Carlsbergovog grebena u Indijskom oceanu. Za takav “eksperiment” uopće nije potrebno sabijati sam uzorak stijene na tako visoke tlakove, dovoljno je znati njegov kemijski sastav i rezultate prethodno provedenih pokusa o udarnom sabijanju pojedinih oksida koji tvore stijenu. Rezultati takvog proračuna, izvedenog za adijabatsku distribuciju temperature u plaštu, uspoređeni su s poznatim distribucijama gustoće u istoj geosferi, ali dobivenim iz seizmoloških podataka (vidi sliku 10). Kao što se može vidjeti iz gornje usporedbe, distribucija gustoće oceanskog lherzolita pri visokim tlakovima i adijabatskim temperaturama dobro je približna stvarnoj distribuciji gustoće u plaštu, dobivenoj iz potpuno neovisnih podataka. To svjedoči o realnosti pretpostavki o lerzolitnom sastavu cijelog plašta (gornjeg i donjeg) i o adijabatskoj raspodjeli temperature u ovoj geosferi. Poznavajući raspodjelu gustoće materije u plaštu, moguće je izračunati njegovu masu: ispada da je jednaka (4,03-4,04) × 10 2 g, što je 67,5% ukupne mase Zemlje.
U podnožju donjeg plašta nalazi se još jedan sloj plašta debljine oko 200 km, obično označen simbolom D’’, u kojem se smanjuju gradijenti brzina širenja seizmičkih valova, a povećava slabljenje posmičnih valova. Štoviše, na temelju analize dinamičkih značajki širenja valova reflektiranih od površine zemljine jezgre, I.S. Berzon i njezini kolege (1968., 1972.) uspjeli su identificirati tanak prijelazni sloj između plašta i jezgre, debeo oko 20 km, koji smo nazvali Berzonov sloj, u kojem brzina posmičnih valova u donjoj polovici opada s dubinom. od 7,3 km/s do gotovo nule. Smanjenje brzine transverzalnih valova može se objasniti samo smanjenjem vrijednosti modula krutosti, a posljedično i smanjenjem koeficijenta efektivne viskoznosti tvari u ovom sloju.
Sama granica prijelaza iz plašta u zemljinu jezgru ostaje prilično oštra. Sudeći prema intenzitetu i spektru seizmičkih valova reflektiranih od površine jezgre, debljina takvog graničnog sloja ne prelazi 1 km.
PITANJE #5
Plašt i jezgra Zemlje. Struktura, snaga, psihičko stanje i sastav. Korelacija pojmova "zemljina kora", "litosfera", "tektonosfera".
Plašt:
Ispod zemljine kore nalazi se sljedeći sloj tzv plašt. Okružuje jezgru planeta i debljine je gotovo tri tisuće kilometara. Struktura Zemljinog omotača vrlo je složena i stoga zahtijeva detaljno proučavanje.
Naziv ove školjke (geosfera) dolazi od grčke riječi koja znači ogrtač ili pokrivač. Zapravo, plašt, kao da pokrivač obavija srž. Čini oko 2/3 Zemljine mase i približno 83% njenog volumena.
Temperatura ljuske ne prelazi 2500 stupnjeva Celzijusa. Sastoji se od plašt od čvrstih kristalnih tvari (teški minerali bogati željezom i magnezijem). Jedina je iznimka astenosfera, koji je u poluotopljenom stanju.
Građa zemljinog omotača:
Geosfera se sastoji od sljedećih dijelova:
· gornji plašt, debljine 800-900 km;
· astenosfera;
· donji plašt, debljine oko 2000 km.
Gornji plašt:
Dio ljuske koji se nalazi ispod zemljine kore i ulazi u litosferu. Zauzvrat se dijeli na astenosferu i Golicinov sloj, koji karakterizira intenzivan porast brzina seizmičkih valova. Ova čvrsta komponenta plašta, zajedno sa zemljinom korom, čini neku vrstu tvrdog omotača Zemlje, naziva litosfera .
Ovaj dio Zemljinog omotača utječe na procese kao što su tektonski pokreti ploča, metamorfizam i magmatizam. Važno je napomenuti da se njegova struktura razlikuje ovisno o tome pod kojim se tektonskim objektom nalazi.
Astenosfera:
Naziv srednjeg sloja ljuske sa grčki jezik u prijevodu "slaba lopta". Geosfera, koja se klasificira kao gornji dio plašta i ponekad je odvojena u poseban sloj, karakterizira smanjena tvrdoća, čvrstoća i viskoznost.
Gornja granica astenosfere uvijek je ispod krajnje linije zemljine kore: ispod kontinenata - na dubini od 100 km, ispod morskog dna - 50 km.
Njegova donja linija nalazi se na dubini od 250-300 km.
Astenosfera je glavni izvor magme na planetu, a uzročnikom se smatra kretanje amorfne i plastične materije tektonskim pokretima u horizontalnom i okomite ravnine, magmatizam i metamorfizam zemljine kore.
Donji plašt:
Znanstvenici malo znaju o donjem dijelu plašta. Vjeruje se da na granici s jezgrom postoji poseban sloj D, koji podsjeća na astenosferu. Karakterizira ga visoka temperatura (zbog blizine vruće jezgre) i heterogenost tvari. Sastav mase uključuje željezo i nikal.
Ispod najnižeg sloja plašta, na dubini od oko 2900 km, postoji još jedno granično područje u kojem seizmički valovi dramatično mijenjaju obrazac širenja. Transverzalni seizmički valovi ovdje se uopće ne šire, što ukazuje na promjenu kvalitativnog sastava tvari koja tvori granični sloj.
Ovdje leži granica između plašta i jezgre Zemlje.
Sastav plašta:
Geosfera je stvorena olivinske i ultramafične stijene (peridotiti, perovskiti, duniti), ali prisutne su i mafične stijene (eklogiti). Utvrđeno je da školjka sadrži rijetke varijetete koji se ne nalaze u zemljinoj kori (grospiditi, flogopitni peridotiti, karbonati).
Ako govorimo o kemijski sastav , tada plašt sadrži u različitim koncentracijama: kisik, magnezij, silicij, željezo, aluminij, kalcij, natrij i kalij, kao i njihove okside.
Vlast:
Debljina Zemljinog omotača je: 2800 km.
Jezgra:
Postojanje jezgre našeg planeta otkriveno je još 1936. godine, a do sada se malo zna o njenom sastavu i strukturi.
Dubina pojavljivanja - 2900 km. Prosječni radijus sfere je 3500 km.
Temperatura na površini Zemljine čvrste jezgre navodno doseže 5960±500 °C u središtu jezgre, gustoća može biti oko 12,5 t/m³, tlak do 3,7 milijuna atm. Masa jezgre - 1,932·1024 kg.
Sasvim je moguće da tvari koje čine središnja područja jezgre ne prelaze u tekuće stanje, te kristaliziraju čak i pri ogromnim temperaturama. Vjeruje se da glavninu zemljine jezgre čine željezo ili legure željeza i nikla, čija količina u ukupnoj masi jezgre može doseći jednu trećinu.
Građa zemljine jezgre:
Prema suvremenim idejama o strukturi zemljine jezgre, razlikuju se njezine vanjske i unutarnje komponente.
· vanjska jezgra
· unutarnja jezgra
Vanjska jezgra:
Prvi sloj jezgre koji je u izravnom kontaktu s plaštem je vanjska jezgra. Njegova gornja granica nalazi se na dubini od 2,3 tisuće kilometara ispod razine mora, a donja granica je na dubini od 2900 kilometara.
Vanjska jezgra je tekućina, sadrži veliki brojželjezo i u neprekidnom je kretanju.
Vanjska jezgra zagrijava plašt - i to na nekim mjestima toliko da uzlazni tokovi magme čak dopiru do površine, uzrokujući vulkanske erupcije.
Kretanje slojeva tekuće komponente jezgre planeta povezano je s postojanjem magnetsko polje oko Zemlje. Oko vodiča kroz koji teče struja formira se magnetsko polje, a budući da je tekući sloj jezgre koji sadrži željezo vodič i stalno se kreće, razumljiva je pojava snažnih tokova električne energije u njemu.
Ova struja tvori magnetsko polje našeg planeta.
Vlast:
Debljina Zemljine vanjske jezgre je: 2220 km.
Na dubini od nešto više od 5000 km proteže se granica između tekuće (vanjske) i čvrste (unutarnje) jezgre.
Unutarnja jezgra:
Unutar tekuće ljuske je unutarnja jezgra. Ovo je čvrsta jezgra Zemlje, čiji je promjer 1220 kilometara.
Ovaj dio jezgre je vrlo gust - prosječna koncentracija tvari doseže 12,8-13 g/cm3, što je dvostruko više od gustoće željeza, i vruće - toplina doseže poznatih 5-6 tisuća stupnjeva Celzijusa.
Prema postojećoj hipotezi, čvrsta faza tvari u njemu održava se zbog kolosalnih temperatura i tlaka. Osim željeza, jezgra može sadržavati lakše elemente - silicij, sumpor, kisik, vodik itd.
Među znanstvenicima postoji hipoteza da su pod utjecajem ogromnih pritisaka te tvari, koje po prirodi nisu metali, sposobne za metalizaciju. Vrlo je moguće da čvrsta jezgra našeg planeta čak sadrži metalizirani vodik.
Vlast:
Debljina Zemljine unutarnje jezgre je: 1250 km.
Korelacija pojmova "zemljina kora", "litosfera", "tektonosfera".
| Zemljina kora | Litosfera | Tektonosfera |
| Vanjski tvrdi omotač našeg planeta. | Gornji stjenoviti omotač Zemlje, uključujući zemljinu koru i suprastenosferni omotač. | Zemljina geosfera, koja uključuje litosferu i sloj niske viskoznosti, astenosferu. |
| Kontinentalna kora ima debljinu od 35-45 km, u planinskim područjima do 80 km. Kontinentalnu koru dijelimo na slojeve: · Sedimentni sloj; · Granitni sloj; · Bazaltni sloj. Oceanska kora ima debljinu od 5-10 km. Oceanska kora je podijeljena u 3 sloja: · sloj morskih sedimenata; · Srednji sloj ili "drugi"; · Najniži sloj ili “oceanski”. Postoji i prijelazni tip zemljine kore. | U strukturi litosfere razlikuju se pokretna područja (naborani pojasevi) i relativno stabilne platforme. Gornji dio litosfere graniči s atmosferom i hidrosferom. Donja granica litosfere nalazi se iznad astenosfere – sloja smanjene tvrdoće, čvrstoće i viskoznosti u gornjem sloju Zemljinog plašta. | U geološkom smislu, u materijalnom sastavu, tektonosfera se može pratiti do dubine od 400 km, ali u fizičkom, reološkom smislu, dijeli se na litosfera i astenosfera, a litosfera uključuje, osim kore, i dio gornjeg plašta. |
Ima poseban sastav koji se razlikuje od sastava zemljine kore koja ga prekriva. Podaci o kemijskom sastavu plašta dobiveni su na temelju analiza najdubljih magmatskih stijena koje su ušle u gornje horizonte Zemlje kao rezultat snažnih tektonskih izdizanja s uklanjanjem materijala plašta. Ove stijene uključuju ultramafične stijene - dunite, peridotite, koje se pojavljuju u planinskim sustavima. Stijene otočja St. Paul u središnjem dijelu Atlantik, prema svim geološkim podacima, pripadaju materijalu plašta. Materijal plašta također uključuje fragmente stijena koje su prikupile sovjetske oceanografske ekspedicije s dna Indijskog oceana u regiji grebena Indijskog oceana. Što se tiče mineraloškog sastava plašta, ovdje se mogu očekivati značajne promjene, od gornjih horizonata do baze plašta zbog povećanja pritiska. Gornji plašt je sastavljen pretežno od silikata (olivina, piroksena, granata), stabilnih i unutar relativno niski pritisci. Donji plašt se sastoji od minerala visoke gustoće.
Najčešća komponenta plašta je silicijev oksid u silikatima. Ali pri visokim pritiscima silicij se može transformirati u gušći polimorf - stišovit. Ovaj mineral dobio je sovjetski istraživač Stishov i po njemu je dobio ime. Ako obični kvarc ima gustoću 2,533 r/cm 3, onda stišovit, nastao iz kvarca pod pritiskom od 150 000 bara, ima gustoću 4,25 g/cm 3.
Osim toga, gušće mineralne modifikacije drugih spojeva vjerojatne su u donjem plaštu. Na temelju navedenog može se razumno vjerovati da se s povećanjem tlaka obični željezo-magnezijevi silikati, olivini i pirokseni, raspadaju na okside, koji pojedinačno imaju veću gustoću od silikata, koji su stabilni u gornjem plaštu.
Gornji plašt sastoji se pretežno od željezo-magnezijskih silikata (olivini, pirokseni). Neki aluminosilikati se ovdje mogu transformirati u gušće minerale kao što su granati. Ispod kontinenata i oceana, gornji plašt ima drugačija svojstva i vjerojatno drugačiji sastav. Može se samo pretpostaviti da je u kontinentalnom području plašt diferenciraniji i ima manje SiO 2 zbog koncentracije ove komponente u aluminosilikatnoj kori. Ispod oceana plašt je manje diferenciran. U gornjem plaštu mogu se pojaviti gušće polimorfne modifikacije olivina sa spinelnom strukturom itd.
Prijelazni sloj plašta karakterizira konstantno povećanje brzina seizmičkih valova s dubinom, što ukazuje na pojavu gušćih polimorfnih modifikacija tvari. Ovdje se očito pojavljuju oksidi FeO, MgO, GaO, SiO 2 u obliku vustita, periklaza, vapna i stišovita. Njihov broj raste s dubinom, a običnih silikata opada, a dublje od 1000 km čine neznatan udio.
Donji plašt u rasponu dubina od 1000-2900 km gotovo se u potpunosti sastoji od gustih varijanti minerala - oksida, što dokazuje njegova visoka gustoća u rasponu od 4,08-5,7 g/cm 3 . Pod utjecajem povećanog tlaka, gusti oksidi se sabijaju, dodatno povećavajući njihovu gustoću. Sadržaj željeza također će se vjerojatno povećati u donjem plaštu.
Zemljina jezgra. Pitanje sastava i fizičke prirode jezgre našeg planeta jedan je od najuzbudljivijih i najtajnovitijih problema geofizike i geokemije. Tek nedavno je došlo do malog pomaka u rješavanju ovog problema.
Ogromna središnja jezgra Zemlje, koja zauzima unutarnje područje dublje od 2900 km, sastoji se od velike vanjske jezgre i male unutarnje jezgre. Prema seizmičkim podacima, vanjska jezgra ima svojstva tekućine. Ne prenosi transverzalne seizmičke valove. Odsutnost kohezijskih sila između jezgre i donjeg plašta, priroda plime i oseke u plaštu i kori, osobitosti kretanja Zemljine osi rotacije u svemiru, priroda prolaska seizmičkih valova dublje od 2900 km ukazuju da je vanjska jezgra Zemlje tekuća.
Neki autori pretpostavili su da je sastav jezgre za kemijski homogeni model Zemlje silikatni, a pod utjecajem visokog tlaka silikati su prešli u "metalizirano" stanje, poprimajući atomsku strukturu u kojoj su zajednički vanjski elektroni. Međutim, gore navedeni geofizički podaci proturječe pretpostavci o "metaliziranom" stanju silikatnog materijala u Zemljinoj jezgri. Konkretno, nedostatak kohezije između jezgre i plašta ne može biti kompatibilan s "metaliziranom" čvrstom jezgrom, što je pretpostavljeno u hipotezi Lodočnikova-Ramzaija. Eksperimentima sa silikatima pod visokim tlakom dobiveni su vrlo važni neizravni podaci o Zemljinoj jezgri. U isto vrijeme, pritisak je dosegao 5 milijuna atm. U međuvremenu, u središtu Zemlje tlak je 3 milijuna atm, a na granici jezgre - približno 1 milijun atm. Tako je eksperimentalno bilo moguće blokirati pritiske koji postoje u samim dubinama Zemlje. U ovom slučaju, za silikate je primijećena samo linearna kompresija bez skoka i prijelaza u "metalizirano" stanje. Osim toga, pri visokim tlakovima unutar raspona dubina od 2900-6370 km, silikati ne mogu biti u tekuće stanje, kao i oksidi. Njihovo talište raste s povećanjem tlaka.
Iza posljednjih godina Dobiveni su vrlo zanimljivi rezultati istraživanja utjecaja vrlo visokih tlakova na talište metala. Pokazalo se da određeni broj metala pri visokim tlakovima (300 tisuća atm. i više) prelazi u tekuće stanje pri relativno niskim temperaturama. Prema nekim proračunima, legura željeza s primjesom nikla i silicija (76% Fe, 10% Ni, 14% Si) na dubini od 2900 km pod utjecajem visokog tlaka trebala bi biti u tekućem stanju već pri temperatura od 1000 ° C. Ali temperatura na tim dubinama, prema najkonzervativnijim procjenama geofizičara, trebala bi biti znatno viša.
Stoga, u svjetlu suvremenih podataka iz geofizike i fizike visokog tlaka, kao i podataka iz kozmokemije, koji ukazuju na vodeću ulogu željeza kao najzastupljenijeg metala u svemiru, treba pretpostaviti da je Zemljina jezgra uglavnom sastavljena od tekućeg željezo s primjesom nikla. Međutim, proračuni američkog geofizičara F. Bircha pokazali su da je gustoća zemljine jezgre 10% manja od legure željeza i nikla pri temperaturama i tlakovima koji vladaju u jezgri. Iz toga slijedi da metalna jezgra Zemlje mora sadržavati značajnu količinu (10-20%) neke vrste svjetlosti. Od svih najlakših i najčešćih elemenata najvjerojatniji su silicij (Si) i sumpor (S). Prisutnost jednog ili drugog može objasniti promatrano fizička svojstva zemljina jezgra. Stoga je pitanje je li silicij ili sumpor primjesa zemljine jezgre diskutabilno i povezano s načinom na koji je naš planet u praksi nastao.
A. Ridgwood je 1958. pretpostavio da zemljina jezgra sadrži silicij kao laki element, tvrdeći da se elementarni silicij u količini od nekoliko težinskih postotaka nalazi u metalnoj fazi nekih reduciranih hondritičnih meteorita (enstatita). Međutim, nema drugih argumenata u prilog prisutnosti silicija u zemljinoj jezgri.
Pretpostavka da sumpora ima u zemljinoj jezgri proizlazi iz usporedbe njegove raspodjele u hondritnom materijalu meteorita i Zemljinog plašta. Dakle, usporedba elementarnih atomskih omjera nekih hlapljivih elemenata u mješavini kore i plašta te u hondritima pokazuje oštar nedostatak sumpora. U materijalu plašta i kore koncentracija sumpora je tri reda veličine niža nego u prosječnom materijalu Sunčev sustav, za koje se uzima da su hondriti.
Mogućnost gubitka sumpora na visokim temperaturama prvobitne Zemlje je eliminirana, budući da bi drugi hlapljiviji elementi od sumpora (primjerice, H2 u obliku H2O), koji je pokazao mnogo manji nedostatak, bili izgubljeni u mnogo većem opseg. Osim toga, kada se solarni plin ohladi, sumpor se kemijski veže sa željezom i prestaje biti hlapljiv element.
S tim u vezi, vrlo je moguće da velike količine sumpora ulaze u zemljinu jezgru. Treba napomenuti da je, pod jednakim uvjetima, talište sustava Fe-FeS znatno niže od tališta željeza ili plaštnog silikata. Dakle, pri tlaku od 60 kbara, temperatura taljenja sustava Fe-FeS (eutektik) bit će 990 ° C, dok će čisto željezo - 1610 °, a plašt pirolit - 1310. Stoga, s povećanjem temperature u unutrašnjosti primarno homogene Zemlje prvo će nastati željezna talina obogaćena sumporom koja će zbog niske viskoznosti i velike gustoće lako otjecati u središnje dijelove planeta tvoreći željezno-sumpornu jezgru. Dakle, prisutnost sumpora u mediju željezo-nikal djeluje kao fluks, snižavajući njegovu ukupnu točku taljenja. Hipoteza o prisutnosti značajnih količina sumpora u zemljinoj jezgri vrlo je atraktivna i ne proturječi svim poznatim podacima geokemije i kozmokemije.
Dakle, moderne ideje o prirodi unutrašnjosti našeg planeta odgovaraju kemijski diferenciranoj kugli, za koju se pokazalo da je podijeljena na dva različita dijela: debeli čvrsti silikat-oksidni plašt i tekuću, uglavnom metalnu jezgru. Zemljina kora je najlakša gornja tvrda ljuska, koja se sastoji od aluminosilikata i ima najsloženiju strukturu.
Rezimirajući rečeno, možemo izvući sljedeće zaključke.
- Zemlja ima slojevitu zonalnu strukturu. Sastoji se od dvije trećine čvrste silikatno-oksidne ljuske - plašta i jedne trećine od metalne tekuće jezgre.
- Osnovna svojstva Zemlje pokazuju da je jezgra u tekućem stanju i samo je željezo, među najčešćim metalima, s primjesom nekih lakih elemenata (najvjerojatnije sumpora) sposobno pružiti ta svojstva.
- U svojim gornjim horizontima Zemlja ima asimetričnu strukturu, prekrivajući koru i gornji plašt. Oceanska hemisfera unutar gornjeg plašta manje je diferencirana od suprotne kontinentalne hemisfere.
Zadatak svake kozmogonijske teorije o postanku Zemlje je objasniti te osnovne značajke njezine unutarnje prirode i sastava.
Planeta na kojoj živimo je treća od Sunca, sa prirodnim satelitom - Mjesecom.
Naš planet karakterizira slojevita struktura. Sastoji se od čvrstog silikatnog omotača – zemljine kore, plašta i metalne jezgre, iznutra čvrste, a izvana tekuće.
Granična zona (Moho površina) odvaja Zemljinu koru od plašta. Ime je dobio u čast jugoslavenskog seizmologa A. Mohorovičića, koji je proučavajući balkanske potrese utvrdio postojanje ove razlike. Ova zona se naziva donja granica zemljine kore.
Sljedeći sloj je Zemljin omotač
Upoznajmo ga. Zemljin plašt je fragment koji se nalazi ispod kore i gotovo doseže jezgru. Drugim riječima, ovo je veo koji prekriva "srce" Zemlje. Ovo je glavna komponenta globusa.
Sastoji se od stijena čija struktura uključuje silikate željeza, kalcija, magnezija itd. Općenito, znanstvenici vjeruju da je njegov unutarnji sadržaj sličan po sastavu kamenim meteoritima (kondritima). Zemljin omotač u većoj mjeri uključuje kemijski elementi, koji su u krutom obliku ili u krutom kemijski spojevi: željezo, kisik, magnezij, silicij, kalcij, oksidi, kalij, natrij, itd.
Ljudsko oko to nikada nije vidjelo, ali, prema znanstvenicima, zauzima većinu volumena Zemlje, oko 83%, njegova masa je gotovo 70% globusa.
Postoji i pretpostavka da prema zemljinoj jezgri tlak raste i temperatura doseže svoj maksimum.
Kao rezultat toga, temperatura Zemljinog omotača mjeri se u više od tisuću stupnjeva. Pod takvim okolnostima, čini se da bi se tvar plašta trebala rastopiti ili prijeći u plinovito stanje, ali taj proces zaustavlja ekstremni pritisak.
Posljedično, Zemljin plašt je u kristalnom čvrstom stanju. Iako se u isto vrijeme grije.
Kakva je građa Zemljinog omotača?
Geosfera se može karakterizirati prisutnošću triju slojeva. Ovo je gornji omotač Zemlje, nakon kojeg slijedi astenosfera, a donji omotač zatvara niz.
Plašt se sastoji od gornjeg i donjeg plašta, prvi se proteže u širinu od 800 do 900 km, drugi ima širinu od 2 tisuće kilometara. Ukupna debljina Zemljinog plašta (oba sloja) je otprilike tri tisuće kilometara.
Vanjski fragment nalazi se ispod zemljine kore i ulazi u litosferu, donji se sastoji od astenosfere i Golicinovog sloja, koji karakterizira povećanje brzina seizmičkih valova.
Prema hipotezi znanstvenika, gornji plašt je formiran od jakih stijena i stoga je čvrst. Ali u intervalu od 50 do 250 kilometara od površine zemljine kore nalazi se nepotpuno rastaljeni sloj - astenosfera. Materijal u ovom dijelu plašta nalikuje amorfnom ili polu-taljenom stanju.
Ovaj sloj ima meku strukturu plastelina, duž koje se pomiču tvrdi slojevi koji se nalaze iznad. Zbog ove značajke ovaj dio plašta ima sposobnost vrlo sporog strujanja, brzinom od nekoliko desetaka milimetara godišnje. Ali ipak, ovo je vrlo zamjetan proces u pozadini kretanja zemljine kore.
Procesi koji se odvijaju unutar plašta imaju izravan utjecaj na koru globusa, što rezultira pomicanjem kontinenata, izgradnjom planina, a čovječanstvo se suočava s takvim prirodnim pojavama kao što su vulkanizam i potresi.
Litosfera
Vrh plašta, smješten na vrućoj astenosferi, u tandemu s korom našeg planeta tvori snažno tijelo - litosferu. U prijevodu s grčkog - kamen. Nije čvrsta, već se sastoji od litosfernih ploča.
Njihov broj je trinaest, iako nije konstantan. Kreću se vrlo sporo, do šest centimetara godišnje.
Njihova kombinirana višesmjerna gibanja, koja su popraćena greškama s stvaranjem utora u zemljinoj kori, nazivaju se tektonskim.
Taj se proces aktivira stalnom migracijom sastojaka plašta.
Stoga nastaju gore spomenuti potresi, postoje vulkani, duboke morske depresije, grebeni.
magmatizam
Ova akcija se može opisati kao težak proces. Njegovo lansiranje događa se zbog kretanja magme, koja ima odvojene centre smještene u različitim slojevima astenosfere.
Zbog tog procesa možemo promatrati erupciju magme na površini Zemlje. To su dobro poznati vulkani.