И ядром из расплавленного железа. Она занимает основную часть Земли, составляя две трети массы планеты. Мантия начинается на глубине около 30 километров и достигает 2900 километров.

Структура Земли

Земля имеет тот же состав элементов, что и (не учитывая водород и гелий, которые улетучились из-за гравитации Земли). Не беря во внимание железо в ядре, мы можем подсчитать, что мантия представляет собой смесь магния, кремния, железа и кислорода, что примерно соответствует по составу минералам.

Но именно то, что смесь минералов присутствует на заданной глубине является сложным вопросом, который не достаточно обоснован. Мы можем получает образцы из мантии, куски пород, поднятые при определенных вулканических извержениях, с глубины около 300 километров, а иногда и гораздо глубже. Они показывают, что самая верхняя часть мантии состоит из перидотита и эклогита. Самое интересное, что мы получаем от мантии - это бриллианты.

Деятельность в мантии

Верхнюю часть мантии медленно перемешивают движения плит, проходящих над ней. Это вызвано двумя видами деятельности. Во-первых, происходит движение подвижных плит вниз, которые скользят друг под другом. Во-вторых, происходит восходящее движение мантийной породы, когда две тектонические плиты расходятся и раздвигаются. Тем не менее, все эти действие не полностью смешивает верхний слой мантии, и геохимики считают верхнюю мантию каменной версией мраморного пирога.

Мировые модели вулканизма отражают действие тектоники плит, за исключением нескольких областей планеты, называемых горячими точками. Горячие точки могут служить ключом к подъему и опусканию материалов гораздо глубже в мантии, возможно, с самого ее основания. В наши дни идет энергичная научная дискуссия о горячих точках планеты.

Изучение мантии с помощью сейсмических волн

Наш самый мощный метод изучения мантии - это мониторинг сейсмических волн от землетрясений в мире. Два разных вида сейсмичесих волн: волны P (аналогичные звуковым волнам) и волны S (например, волны от встряхиваемой веревки) отвечают физическим свойствам породы, через которую они проходят. Сейсмические волны отражают некоторые типы поверхностей и преломляют (изгибают) другие типы поверхностей, когда наносят по ним удар. Ученые используют эти эффекты для определения внутренних поверхностей Земли.

Наши инструменты достаточно хороши, чтобы рассматривать мантию Земли так, как врачи делают ультразвуковые снимки своих пациентов. После столетия сбора данных о землетрясениях мы можем сделать несколько впечатляющих карт мантии.

Моделирование мантии в лаборатории

Минералы и породы меняются под высоким давлением. Например, общий мантийный минерал - оливин преобразовывается в различные кристаллические формы на глубинах около 410 километров и снова на 660 километрах.

Изучение поведения минералов в условиях мантии происходит двумя способами: компьютерное моделирование, основанное на уравнениях физики минералов и лабораторных экспериментах. Таким образом, современные исследования мантии проводятся сейсмологами, программистами и лабораторными исследователями, которые теперь могут воспроизводить условия в любом месте мантии с помощью лабораторного оборудования под высоким давлением, такого как ячейка с алмазной наковальней.

Слои мантии и внутренние границы

Столетие исследований позволило заполнить некоторые пробелы в знаниях о мантии. Она имеет три основных слоя. Верхняя мантия простирается от основания коры (Мохоровичича) до глубины 660 километров. Переходная зона расположена между 410 и 660 километрами, где происходят значительные физические изменения минералов.

Нижняя мантия простирается от 660 до примерно 2700 километров. Здесь сейсмические волны сильно приглушены, и большинство исследователей считают, что породы под ними различны по химическому составу, а не только по кристаллографии. И последний спорный слой на дне мантии имеет толщину около 200 километров и является границей между ядром и мантией.

Почему мантия Земли особенная

Поскольку мантия является основной частью Земли, ее история имеет фундаментальное значение для . Мантия сформировалась во время рождения Земли, как океан жидкой магмы на железном ядре. Поскольку она затвердевала, элементы, которые не вписывались в основные минералы, собрались в виде накипи на вершине коры. Затем, мантия начала медленную циркуляцию, которую продолжает последние 4 миллиарда лет. Верхняя часть мантии начала охлаждаться, потому что она перемешивалась и гидратировалась тектоническими движениями поверхностных плит.

В то же время мы многое узнали о структуре других (Меркурия, Венеры и Марса). По сравнению с ними, у Земли есть активная смазанная мантия, которая является особенной благодаря тому же элементу, который отличает ее поверхность: воде.

Линия УМК "Классическая география" (5-9)

География

Внутреннее строение Земли. Мир удивительных тайн в одной статье

Внутреннее строение Земли

Планета Земля состоит из трех основных слоев: земной коры , мантии и ядра . Можно сравнить земной шар с яйцом. Тогда яичная скорлупа будет представлять собой земную кору, яичный белок - мантию, а желток - ядро.

Верхняя часть Земли носит название литосфера (в переводе с греческого «каменный шар») . Это твердая оболочка земного шара, в состав которой входит земная кора и верхняя часть мантии.

Учебное пособие адресовано учащимся 6 класса и входит в УМК «Классическая география». Современное оформление, разнообразные вопросы и задания, возможность параллеьной работы с электронной формой учебника способствуют эффективному усвоению учебного материала. Учебное пособие соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования.

Земная кора

Земная кора - это каменная оболочка, которая покрывает всю поверхность нашей планеты. Под океанами ее толщина не превышает 15-ти километров, а на материках - 75-ти. Если вернуться к аналогии с яйцом, то земная кора по отношению ко всей планете тоньше, чем яичная скорлупа. На долю этого слоя Земли приходится всего 5% объема и менее 1% массы всей планеты.

В составе земной коры ученые обнаружили оксиды кремния, щелочных металлов, алюминия и железа. Кора под океанами состоит из осадочного и базальтового слоев, она тяжелее континентальной (материковой). В то время как оболочка, покрывающая континентальную часть планеты, имеет более сложное строение.

Выделяют три слоя континентальной земной коры:

осадочный (10-15 км в основном осадочных пород);

гранитный (5-15 км метаморфических пород, по свойствам схожих с гранитом);

базальтовый (10-35 км магматических пород).

Мантия

Под земной корой располагается мантия («покрывало, плащ») . Этот слой имеет толщину до 2900 км. На него приходится 83% от общего объема планеты и почти 70% массы. Состоит мантия из тяжелых минералов, богатых железом и магнием. Этот слой имеет температуру свыше 2000°C. Тем не менее большая часть вещества мантии сохраняет твердое кристаллическое состояние из-за огромного давления. На глубине от 50 до 200 км располагается подвижный верхний слой мантии. Он называется астеносфера («бессильная сфера» ). Астеносфера очень пластична, именно из-за нее происходит извержение вулканов и формирование залежей полезных ископаемых. В толщину астеносфера достигает от 100 до 250 км. Вещество, которое проникает из астеносферы в земную кору и изливается иногда на поверхность, называется магмой («месиво, густая мазь») . Когда магма застывает на поверхности Земли, она превращается в лаву.

Ядро

Под мантией, словно под покрывалом, располагается земное ядро. Оно находится в 2900 км от поверхности планеты. Ядро имеет форму шара радиусом около 3500 км. Поскольку людям еще не удалось добраться до ядра Земли, о его составе ученые строят догадки. Предположительно, ядро состоит из железа с примесью других элементов. Это самая плотная и тяжелая часть планеты. На нее приходится всего 15% объема Земли и аж 35% массы.

Считается, что ядро состоит из двух слоев - твердого внутреннего ядра (радиусом около 1300 км) и жидкого внешнего (около 2200 км). Внутреннее ядро словно бы плавает во внешнем жидком слое. Из-за этого плавного движения вокруг Земли образуется ее магнитное поле (именно оно защищает планету от опасных космических излучений, и на него реагирует стрелка компаса). Ядро - самая горячая часть нашей планеты. Долгое время считалось, что температура его достигает, предположительно, 4000-5000°C. Однако в 2013 году ученые провели лабораторный эксперимент, в ходе которого определили температуру плавления железа, которое, вероятно, входит в состав внутреннего земного ядра. Так выяснилось, что температура между внутренним твердым и внешним жидким ядром равна температуре поверхности Солнца, то есть около 6000 °C.

Строение нашей планеты - одна из множества неразгаданных человечеством тайн. Большая часть информации о нем получена косвенными методами, еще ни одному ученому не удалось добыть образцы земного ядра. Изучение строения и состава Земли по-прежнему сопряжено с непреодолимыми трудностями, но исследователи не сдаются и ищут новые способы добыть достоверные сведения о планете Земля.

При изучении темы «Внутреннее строение Земли» у учащихся могут возникать трудности с запоминанием названий и очередности слоев земного шара. Латинские наименования будет намного легче запомнить, если дети создадут собственную модель Земли. Можно предложить ученикам выполнить модель земного шара из пластилина или рассказать о его устройстве на примере фруктов (кожура - земная кора, мякоть - мантия, косточка - ядро) и предметов, имеющих схожую структуру. Поможет в проведении урока учебник О.А.Климановой, где вы найдете красочные иллюстрации и подробные сведения по теме.

> Из чего состоит Земля?

Внутреннее строение Земли . Изучите структуру планеты: кора, ядро, мантия, из каких химических элементов состоит Земля, история исследования, геология.

Земля – это нечто большее, чем нам удается разглядеть с нашей позиции. Если бы была возможность разрезать ее пополам, то вы бы сильно удивились. Мы бросаемся на поиски новых миров, но еще многого не знаем о нашем.

Но сейсмология сумела открыть строение Земли и показать слои. Каждый наделен своими свойствами, характеристикой и составом. И все это влияет на земные процессы. Из чего же состоит Земля?

Современная теория

Внутреннее пространство планеты дифференцировано. То есть, структура (как и у остальных планет) представлена слоями. Снимите один и попадете на следующий. Причем каждый будет обладать своей температурой и химическим составом.

Наше понимание слоев планеты базируется на результатах сейсмологического мониторинга. Он вмещает исследование звуковых волн, созданных землетрясением, а также анализ того, как прохождение сквозь различные слои замедляет их темп. Перемены в сейсмической скорости приводят к рефракции.

Их используют вместе с трансформациями в гравитационных и магнитных полях и экспериментах с кристаллическими твердыми веществами, имитирующих давление и температурный показатель в глубине планеты.

Исследования

Еще в древние времена человечество пыталось разобраться в составе Земли. Первые попытки даже не относились к науке. Это были скорее легенды и мифы, связанные с божественным вмешательством. Однако среди населения распространилось несколько теорий.

Вы могли слышать о плоской Земле. Это мнение бытовало в месопотамской культуре. Планета изображалась как плоский диск, бороздящий океан. Майя также считали ее плоской, но на углах располагалось четыре ягуара, которые удерживали небо. Персы видели космическую гору, а у китайцев это был четырехсторонний куб.

В 6 веке до н. э. греки склонялись к округлой форме, а в 3 веке до н. э. идея о сферической Земле обретала почву под ногами и первую доказательную базу. В этот же момент ученые начинают соприкасаться с геологическими исследованиями, а философы рассматривать минералы и металлы.

Но настоящий сдвиг произошел лишь в 16-17-х вв. Эдмунд Галлей в 1692 году предложил теорию «Пустота Земли». Он считал, что внутри есть полость, то есть, определенное ядро, чья толщина занимает 800 км.

Между этими сферами располагается воздушный зазор. Чтобы не возникло эффекта трения, внутренняя сфера должна удерживаться гравитацией на месте. Модель отображала две концентрические оболочки вокруг ядра. По диаметру соответствовали Меркурию, Венере и Марсу.

Галлей основывался на плотности Луны и Земли, выдвинутых Исааком Ньютоном в 1687 году. Дальше ученые решили рассмотреть достоверность Библии. Исследователям было важно вычислить реальный возраст планеты и обнаружить доказательства потопа. Здесь и начали рассматривать ископаемые и вырабатывать систему для классификации датирования слоев.

В 1774 году Абрахам Вернер представил в своих трудах детальную систему идентификации определенных минералов, основываясь на их внешних характеристиках.

В 1741 году в Национальном музее естественной истории Франции появилась первая должность по геологии. Через 10 лет термин «геология» вошел в обиход.

В 1770-х гг. на первое место в исследованиях выходят химические анализы. Одной из важных задач было исследование мест на наличие жидкого наводнения в прошлом (потоп). В 1780-х гг. были и те, кто верил, что слои создались не из-за воды, а за счет огня. Последователей называли плутонистами. Они верили, что планета сформировалась из-за затвердевания расплавленных масс. И все это происходило крайне медленно. Отсюда вытекало, что планета намного старше, чем говорилось в Библии.

В 19 веке на геологию сильно повлияла промышленная революция, а также концепция стратиграфической колонны – скальные образования расположены в порядке их появления во времени. Ученые стали осознавать, что возраст ископаемых можно вычислить геологически (чем глубже найдены, тем старше).

Исследователи получили возможность отправляться в плавания, чтобы расширять кругозор и сравнивать находки в разных местах. Среди таких счастливчиков оказался Чарльз Дарвин, завербованный капитаном корабля Бигль.

Найденные им гигантские окаменелости сделали из него геолога, а его теории о причинах исчезновения привели к важнейшей работе «О происхождении видов», написанной в 1859 году.

Ученые увеличивали свои знания и создавали геологические карты Земли. Они уже исчисляли земной возраст в миллионных понятиях, а не тысячных. Но развитие технологий помогло сдвинуть остатки догматических представлений.

В 20-м веке появилось радиометрическое датирование. Тогда думали, что планетарный возраст достигает 2 миллиардов лет. В 1912 году Альфред Вегенер выдвинул теорию континентального дрейфа. То есть, когда-то все континенты были одним целым. Позже это подтвердили геологическим анализом образцов.

Теория плитной тектоники возникла из исследования океанического дна. Геофизические данные демонстрируют боковое движение континентов, а океаническая кора моложе континентальной.

В 20-м веке активно развивалась сейсмология, исследование землетрясений и прохождение волн сквозь Землю. Именно это помогло разобраться в составе и добраться до ядра.

В 1926 году Гарольд Джеффис заявил, что земное ядро жидкое, а в 1937 году Инге Леманн расширил эту теорию, дополнив, что внутри жидкого ядра есть сплошное твердое.

Земные слои

Землю можно разделить механически или химически. Первый способ изучает жидкие состояния. Здесь появляется литосфера, астеносфера и мезосфера, внешнее и внутренне ядро. Но большую популярность обрел химический метод, обнаруживший кору, мантию и ядро.

Внутреннее ядро твердое, а внешнее жидкое. Нижняя мантия пребывает под сильным давлением, поэтому обладает более низкой вязкостью, чем верхняя. Все отличия вызваны процессами, сопровождающими планетарное развитие в течение 4.5 миллиардов лет. Давайте внимательнее изучим внутреннее строение Земли.

Кора

Это внешний, охлажденный и застывший слой. Простирается на 570 км и представляет всего 1% планетарного объема.

Более узкие части – океаническая кора, лежащая в основе океанических бассейнов (5-10 км), а более плотная – континентальная. Верхняя часть мантии и земная кора – литосфера, охватывающая 200 км. Большая часть скал сформировалась 100 миллионов лет назад.

Верхняя мантия

Занимает 84% объема и выступает по большей части твердой, но иногда ведет себя как вязкая жидкость. Начинается с «Поверхности Мохоровичича» – 7-35 км и углубляется на 410 км.

Движение в мантии отражается на перемещении тектонических пластин. Процесс обуславливается теплом из глубины. Именно это приводит к землетрясениям и формированию горных цепей.

Температура поднимается на 500-900°С. Слой на глубине 410-660 км считается переходной зоной.

Нижняя мантия

Температура на глубине в 660-2891 км способна достигать 4000°С. Но давление здесь слишком сильное, поэтому вязкость и плавление ограничены. Об этом слое известно мало, но полагают, что сейсмически однороден.

Внешнее ядро

Это жидкая оболочка с толщиною в 2300 км, а в радиусе охватывает 3400 км. Здесь плотность намного выше – 9900-12200 кг/м 3 . Полагают, что ядро представлено 80% железа, а также никелем и прочими легкими элементами. Нет сильного давления, поэтому оно не затвердевает, хотя по составу напоминает внутреннее ядро. Температура – 4030°С.

В жидком ядре из-за температуры и турбулентности создается динамо, влияющее на магнитное поле.

Внутреннее ядро

Из каких элементов состоит ядро Земли? Представлено железом и никелем, а в радиусе охватывает 1220 км. Плотность – 12600-13000 кг/м 3 , что намекает на присутствие тяжелых элементов (платина, золото, палладий, вольфрам и серебро).

Температура здесь вырастает до 5400°C. Почему же твердые металлы остаются жидкими? Потому что температура плавления крайне высокая, как и давление. Внутренне не сильно связано с твердой мантией, поэтому полагают, что оно вращается быстрее самой планеты.

Также есть мнение, что и внутреннее ядро обладает слоями, разделенными переходной зоной с толщиною в 250-400 км. Самый нижний слой способен в диаметре простираться на 1180 км. Ученые свидетельствуют о динамике, из-за которой ядро расширяется на 1 мм в год.

Как видите, наша планета – удивительное и полное загадок место. В ней все еще таится тепло, накопленное миллиарды лет назад. И это не мертвое тело, а динамический объект, который постоянно меняется.

Под земной корой расположен следующий слой, именуемый мантией. Он окружает ядро планеты и имеет толщину почти три тысячи километров. Строение мантии Земли очень сложное, поэтому требует детального изучения.

Мантия и ее особенности

Название данной оболочки (геосферы) происходит от греческого слова, обозначающего плащ или покрывало. В действительности, мантия, словно покрывало окутывает ядро. На нее приходится около 2/3 массы Земли и примерно 83% ее объема.

Принято считать, что температура оболочки не превышает 2500 градусов по Цельсию. Ее плотность в разных слоях существенно отличается: в верхней части она составляет до 3.5 т/куб.м, а в нижних – 6 т/куб.м. Состоит мантия из твердых кристаллических веществ (тяжелых минералов, богатых железом и магнием). Исключением является только астеносфера, которая находится полурасплавленном состоянии.

Структура оболочки

Теперь рассмотрим строение мантии земли. Геосфера состоит из следующих частей:

• верхняя мантия, толщиной 800-900 км;
• астеносфера;
• нижняя мантия, толщиной около 2000 км.

Верхняя мантия – это часть оболочки, которая расположена ниже земной коры и входит в литосферу. В свою очередь она делится на астеносферу и слой Голицина, который характеризуется интенсивным увеличением скоростей сейсмических волн. Эта часть мантии Земли влияет на такие процессы, как тектонические движения плит, метаморфизм и магматизм. Стоит отметить, что строение ее отличается в зависимости от того, под каким тектоническим объектом она располагается.

Астеносфера. Само название серединного слоя оболочки с греческого языка переводится, как «слабый шар». Геосфера, которую относят к верхней части мантии, а иногда выделяют в отдельный слой, характеризируется пониженной твердостью, прочностью и вязкостью. Верхняя граница астеносферы всегда находится ниже крайней линии земной коры: под континентами – на глубине 100 км, под морским дном – 50 км. Нижняя черта ее расположена на глубине 250-300 км. Астеносфера является главным источником магмы на планете, а движение аморфного и пластичного вещества считается причиной тектонических движений в горизонтальной и вертикальной плоскостях, магматизма и метаморфизма земной коры.

О нижней части мантии ученые знают немного. Считается, что на границе с ядром расположен особенный слой Д, напоминающий астеносферу. Он отличается высокой температурой (из-за близости раскаленного ядра) и неоднородностью вещества. В состав же массы входит железо и никель.

Состав мантии Земли

Кроме строения мантии Земли интересен и ее состав. Геосферу создают оливин и ультраосновные породы (перидотиты, перовскиты, дуниты), но присутствуют и основные породы (эклогиты). Установлено, что в оболочке содержатся редкие разновидности, которые не встречаются в земной коре (гроспидиты, флогопитовые перидотиты, карбонатиты).

Если говорить о химическом составе, то в мантии в разной концентрации содержатся: кислород, магний, кремний, железо, алюминий, кальций, натрий и калий, а также их оксиды.

Мантия и ее изучение — видео

В мантии находится большая часть вещества Земли. Мантия есть и на других планетах. Земная мантия находится в диапазоне от 30 до 2 900 км.

В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия слой В глубиной до 400 км и С до 800-1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия слой D до глубины 2700 с переходным слоем D1 от 2700 до 2900 км.

Границей между корой и мантией служит граница Мохоровичича или, сокращенно, Мохо. На ней происходит резкое увеличение сейсмических скоростей - от 7 до 8-8,2 км/с. Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами). Мантия Земли подразделяется на верхнюю мантию и нижнюю мантию. Границей между этими геосферами служит слой Голицына, располагающийся на глубине около 670 км.

Строение Земли по представления различных исследователей

Отличие состава земной коры и мантии - следствие их происхождения: исходно однородная Земля в результате частичного плавления разделилась на легкоплавкую и легкую часть - кору и плотную и тугоплавкую мантию.

Источники информации о мантии

Мантия Земли недоступна непосредственному исследованию: она не выходит на земную поверхность и не достигнута глубинным бурением. Поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Данные же о её геологическом строении очень ограничены.

Мантию изучают по следующим данным:

• Геофизические данные. В первую очередь данные о скоростях сейсмических волн, электропроводности и силе тяжести.
• Мантийные расплавы - базальты , коматииты , кимберлиты , лампроиты , карбонатиты и некоторые другие магматические горные породы образуются в результате частичного плавления мантии. Состав расплава является следствием состава плавившихся пород, межанизма плавления и физико-химических параметров процесса плавления. В целом, реконструкция источника по расплаву - сложная задача.
• Фрагменты мантийных пород, выносимые на поверхность мантийными же расплавами - кимберлитами, щелочными базальтами и др. Это ксенолиты , ксенокристы и алмазы . Алмазы занимают среди источников информации о мантии особое место. Именно в алмазах установлены самые глубинные минералы, которые, возможно, происходят даже из нижней мантии. В таком случае эти алмазы представляют собой самые глубокие фрагменты земли, доступные непосредственному изучению.
• Мантийные породы в составе земной коры. Такие комплексы в наибольшей степени соответствуют мантии, но и отличаются от неё. Самое главное различие - в самом факте их нахождения в составе земной коры, из чего следует, что они образовались в результате не совсем обычных процессов и, возможно, не отражают типичную мантию. Они встречаются в следующих геодинамических обстановках:

1. Альпинотипные гипербазиты - части мантии, внедренные в земную кору в результате горообразования. Наиболее распространены в Альпах , от которых и произошло название.
2. Офиолитовые гипербазиты - передотиты в составе офиолитовых комлексов - частей древней океанической коры .
3. Абиссальные перидотиты - выступы мантийных пород на дне океанов или рифтов .

Эти комплексы имеют то преимущество, что в них можно наблюдать геологические соотношения между различными породами.

Недавно было объявлено, что японские исследователи планируют предпринять попытку пробурить океаническую кору до мантии. Для этого построен кораблю Тикю . Начало бурения планируется на 2007 год.

Основной недостаток полученной из этих фрагментов информации - невозможность установления геологических соотношений между различными типами пород. Это кусочки паззла. Как сказал классик, «определение состава мантии по ксенолитам напоминает попытки определения геологического строения гор по галькам, которые из них вынесла речка».

Состав мантии

Мантия сложена главным образом ультаосновными породами: перидотитами , (лерцолитами , гарцбургитами , верлитами , пироксенитами), дунитами и в меньшей степени основными породами - эклогитами .

Также среди мантийных пород установлены редкие разновидности пород, не встречающиеся в земной коре. Это различные флогопитовые перидотиты, гроспидиты, карбонатиты.

Строение мантии

Процессы, идущие в мантии, оказывают самое непосредственное влияние на земную кору и поверхность земли, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. Всё больше свидетельств того, что на саму мантию активно влияет металлическое ядро планеты.

Конвекция и плюмы

Список литературы

• Пущаровский Д.Ю., Пущаровский Ю.М. Состав и строение мантии Земли // Соросовский Образовательный Журнал, 1998, No 11, с. 111–119 .
• Ковтун А.А. Электропроводность Земли // Соросовский Образовательный Журнал, 1997, No 10, с. 111–117

Источник : Короновский Н.В., Якушова А.Ф. "Основы геологии", М., 1991

Ссылки

• Images of the Earth"s Crust & Upper Mantle // International Geological Correlation Programme (IGCP), Project 474