Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Строение Земли

Внутреннее строение Земли , структура твердой Земли , или просто структуры Земли относится к концентрическим сферическим слоям разбиения твердой Земли , то есть, за исключением атмосферы Земли и гидросферы . Он состоит из внешней силикатной твердой коры , высоковязкой астеносферы и твердой мантии , жидкого внешнего ядра , поток которого генерирует магнитное поле Земли , и твердого внутреннего ядра .

Научное понимание внутренней структуры Земли основано на наблюдениях топографии и батиметрии , наблюдения породы в обнажении , образцы привели к поверхности с больших глубин от вулканов или вулканической активностью, анализом сейсмических волн , которые проходят через Землю, измерение гравитационные и магнитные поля Земли, а также эксперименты с кристаллическими твердыми телами при давлениях и температурах, характерных для глубоких недр Земли.

Определения [ править ]

Гравитация Земли согласно предварительной эталонной модели земли (PREM). [1] Сравнение с приближениями, использующими постоянную и линейную плотность для недр Земли.
Картирование недр Земли с помощью волн землетрясений .
Схематическое изображение недр Земли. 1. континентальная кора - 2. океаническая кора - 3. верхняя мантия - 4. нижняя мантия - 5. внешнее ядро ​​- 6. внутреннее ядро ​​- A: разрыв Мохоровича - B: разрыв Гутенберга - C: разрыв Лемана – Буллена .

Структура Земли может быть определена двумя способами: механическими свойствами, такими как реология , или химически. Механически его можно разделить на литосферу , астеносферу , мезосферную мантию , внешнее ядро и внутреннее ядро . Химически Землю можно разделить на кору, верхнюю мантию, нижнюю мантию, внешнее ядро ​​и внутреннее ядро. Слои геологической составляющей Земли находятся на следующих глубинах ниже поверхности: [2]

Глубина (км)Химический слойГлубина (км)Механический слойГлубина (км)PREM [3]
0–80 *Литосфера0–80 *Литосфера
0–35 †Корка
0–10… Верхняя корка
10–20… Нижняя корочка
20–80… LID
35–670Верхняя мантия
80–220АстеносфераАстеносфера
220–2 890Мезосферная мантия
220–410
400–600... Переходная зона
600–670... Переходная зона
670–2 890Нижняя мантияНижняя мантия
670–770… Самый верхний
770–2 740… Средне-нижний
2 740–2 890... D ″ слой
2 890–5 150Внешнее ядро2 890–5 150Внешнее ядро2 890–5 150Внешнее ядро
5 150–6 370Внутреннее ядро5 150–6 370Внутреннее ядро5 150–6 370Внутреннее ядро
*  Глубина колеблется от 5 до 200 км.

†  Глубина варьируется от 5 до 70 км.

О слоистости Земли косвенно можно судить по времени прохождения преломленных и отраженных сейсмических волн, созданных землетрясениями. Ядро не позволяет поперечным волнам проходить через него, в то время как скорость движения ( сейсмическая скорость ) в других слоях различна. Изменения сейсмической скорости между разными слоями вызывают рефракцию в соответствии с законом Снеллиуса , как искривление света при прохождении через призму. Точно так же отражения вызваны значительным увеличением сейсмической скорости и подобны свету, отражающемуся от зеркала.

Краст [ править ]

Основная статья: земная кора

В земной коре колеблется от 5-70 км (3.1-43.5 миль) [4] в глубине и является самым наружным слоем. [5] Тонкие части - это океаническая кора , которая лежит в основе океанических бассейнов (5–10 км) и состоит из плотных ( основных ) магматических пород силиката железа и магния , таких как базальт . Толще кора континентальная кора , которая является менее плотной и состоят из ( фельзического ) натрия калия из алюминия силикатных пород, как гранит. Породы земной коры делятся на две основные категории - сиальные и сима (Suess, 1831–1914). Подсчитано, что sima начинается примерно на 11 км ниже разрыва Конрада ( разрыв второго порядка). Самая верхняя мантия вместе с корой составляет литосферу . Граница кора-мантия происходит как два физически разных события. Во-первых, существует разрыв в скорости сейсмических волн, который чаще всего известен как разрыв Мохоровича или Мохо. Считается, что причиной возникновения Мохо является изменение состава горных пород от пород, содержащих полевой шпат плагиоклаза (вверху), до пород, не содержащих полевых шпатов (внизу). Во-вторых, в океанической коре есть химическоеразрыв между ультраосновными кумулятами и тектонизированными гарцбургитами , который наблюдался в глубоких частях океанической коры, которые были закреплены на континентальной коре и сохранились как толщи офиолитов .

Многие горные породы, составляющие сейчас земную кору, образовались менее 100 миллионов (1 × 10 8 ) лет назад; однако возраст самых старых известных минеральных зерен составляет около 4,4 миллиарда (4,4 × 10 9 ) лет, что указывает на то, что Земля имела твердую корку не менее 4,4 миллиарда лет. [6]

Мантия [ править ]

Основная статья: мантия Земли
Карта мира, показывающая положение Мохо .

Мантия Земли простирается на глубину 2890 км, что делает ее самым толстым слоем планеты. [7] Мантия делится на верхнюю и нижнюю [8], разделенную переходной зоной . [9] Самая нижняя часть мантии рядом с границей ядро-мантия известна как слой D ″ (D-двойной штрих). [10] давление в нижней части мантии ≈140 G Па (1,4 М атм ). [11] Мантия состоит из силикатных пород, более богатых железом и магнием, чем вышележащая кора. [12]Несмотря на твердость, чрезвычайно горячий силикатный материал мантии может течь в течение очень долгого времени. [13] Конвекция мантии способствует движению тектонических плит в коре. Источник тепла , что приводы это движение изначальной тепел остались от формирования планеты возобновленного радиоактивного распада урана, тория и калия в земной коре и мантии. [14]

Из-за увеличения давления глубже в мантии нижняя часть течет менее легко, хотя химические изменения в мантии также могут быть важны. Вязкость мантии колеблется от 10 21 до 10 24 Па · с , увеличиваясь с глубиной. [15] Для сравнения, вязкость воды составляет приблизительно 10 -3 Па · с, а вязкость пека - 10 7 Па · с.

Ядро [ править ]

Основные статьи: внутреннее ядро Земли и внешнее ядро Земли

Средняя плотность Земли составляет5,515  г / см 3 . [16] Поскольку средняя плотность поверхностного материала составляет всего около3,0 г / см 3 , мы должны сделать вывод, что в ядре Земли существуют более плотные материалы. Этот результат известен со времен эксперимента Шихаллиона , проведенного в 1770-х годах. Чарльз Хаттон в своем отчете 1778 года пришел к выводу, что средняя плотность Земли должна быть примерно такой же, как у поверхности породы, и пришел к выводу, что внутренняя часть Земли должна быть металлической. По оценкам Хаттона, эта металлическая часть занимает около 65% диаметра Земли. [17] Оценка Хаттона средней плотности Земли все еще была примерно на 20% заниженной, при4,5 г / см 3 . Генри Кавендиш в своем эксперименте с торсионными весами 1798 года нашел значение5,45 г / см 3 , что в пределах 1% от современного значения. [18] Сейсмические измерения показывают, что ядро ​​разделено на две части: «твердое» внутреннее ядро ​​с радиусом ≈1220 км [19] и жидкое внешнее ядро, выходящее за его пределы до радиуса ≈3 400 км. Плотность составляет от 9 900 до 12 200 кг / м 3 во внешней активной зоне и 12 600–13 000 кг / м 3 во внутренней активной зоне. [20]

Внутреннее ядро ​​было обнаружено в 1936 году Инге Леманн и обычно считается, что оно состоит в основном из железа и некоторого количества никеля . Поскольку этот слой способен передавать поперечные волны (поперечные сейсмические волны), он должен быть твердым. Экспериментальные данные иногда противоречили современным кристаллическим моделям ядра. [21] Другие экспериментальные исследования показывают несоответствие при высоком давлении: исследования алмазной наковальни (статические) при давлении в керне дают температуры плавления, которые примерно на 2000 К ниже, чем при исследованиях ударным лазером (динамические). [22] [23] Лазерные исследования создают плазму, [24]и результаты наводят на мысль, что ограничивающие условия внутреннего ядра будут зависеть от того, является ли внутреннее ядро ​​твердым телом или плазмой с плотностью твердого тела. Это область активных исследований.

На ранних стадиях формирования Земли около 4,6 миллиарда лет назад плавление привело бы к опусканию более плотных веществ к центру в процессе, называемом планетарной дифференциацией (см. Также железную катастрофу ), в то время как менее плотные материалы переместились бы в кору . Таким образом, считается, что ядро ​​в основном состоит из железа (80%), а также из никеля и одного или нескольких легких элементов, тогда как другие плотные элементы, такие как свинец и уран , либо слишком редки, чтобы быть значительными, либо имеют тенденцию связываться с более легкими элементами. элементы и, таким образом, остаются в коре (см. кислые материалы ). Некоторые утверждали, что внутреннее ядро ​​может иметь форму единого железа.кристалл . [25] [26]

В лабораторных условиях образец сплава железо-никель подвергали стержневым давлениям, зажимая его в тисках между двумя алмазными наконечниками ( ячейка с алмазной наковальней ), а затем нагревая до примерно 4000 К. Образец наблюдали с помощью рентгеновских лучей, и решительно поддерживает теорию о том, что внутреннее ядро ​​Земли состоит из гигантских кристаллов, простирающихся с севера на юг. [27] [28]

Жидкое внешнее ядро ​​окружает внутреннее ядро ​​и, как полагают, состоит из железа, смешанного с никелем и небольшими количествами более легких элементов.

Некоторые предполагают, что самая внутренняя часть ядра обогащена золотом , платиной и другими сидерофильными элементами . [29]

Состав Земли очень похож на состав некоторых хондритовых метеоритов и даже на некоторые элементы во внешней части Солнца. [30] [31] Начиная с 1940 года, ученые, в том числе Фрэнсис Берч , строили геофизику, исходя из предпосылки, что Земля похожа на обычные хондриты, наиболее распространенный тип метеоритов, наблюдаемых при столкновении с Землей. При этом игнорируются менее распространенные энстатитовые хондриты, которые образовывались при чрезвычайно ограниченном доступном кислороде, что приводит к тому, что определенные обычно оксифильные элементы присутствуют частично или полностью в той части сплава, которая соответствует ядру Земли.

Теория динамо предполагает, что конвекция во внешнем ядре в сочетании с эффектом Кориолиса порождает магнитное поле Земли . Твердое внутреннее ядро ​​слишком горячее, чтобы удерживать постоянное магнитное поле (см. Температуру Кюри ), но, вероятно, стабилизирует магнитное поле, создаваемое жидким внешним сердечником. Среднее магнитное поле во внешнем ядре Земли оценивается в 25 Гаусс (2,5 мТл), что в 50 раз сильнее, чем магнитное поле на поверхности. [32] [33]

Недавние данные свидетельствуют о том, что внутреннее ядро ​​Земли может вращаться немного быстрее, чем остальная часть планеты; в 2005 году группа геофизиков подсчитала, что внутреннее ядро ​​Земли вращается примерно на 0,3–0,5 градуса в год быстрее; [34] [35] [36] Однако более поздние исследования 2011 г. [ какие? ] не поддержал эту гипотезу. Другие возможные движения сердечника могут быть колебательными или хаотическими. [ необходима цитата ]

Современное научное объяснение градиента температуры Земли - это сочетание тепла, оставшегося от первоначального образования планеты, распада радиоактивных элементов и замерзания внутреннего ядра .

Масса [ править ]

Сила, создаваемая гравитацией Земли, может использоваться для расчета ее массы . Астрономы также могут рассчитать массу Земли, наблюдая за движением орбитальных спутников . Среднюю плотность Земли можно определить с помощью гравиметрических экспериментов, в которых исторически использовались маятники . Масса Земли около6 × 10 24  кг . [37]

См. Также [ править ]

  • Геологическая история Земли
  • Разрыв Лемана
  • Модель дождя
  • Путешествие к центру Земли
  • Твердая Земля

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б А. Дзевонски, Д.Л. Андерсон (1981). «Предварительная справочная модель Земли» (PDF) . Физика Земли и планетных недр . 25 (4): 297–356. Bibcode : 1981PEPI ... 25..297D . DOI : 10.1016 / 0031-9201 (81) 90046-7 . ISSN  0031-9201 .
  2. ^ Монтагнер, Жан-Поль (2011). «Строение Земли, глобальное». В Гупте, Харш (ред.). Энциклопедия геофизики твердой земли . Springer Science & Business Media. С. 134–154. ISBN 9789048187010.
  3. ^ Адам М. Dziewonski & Дон Л. Андерсон, «Предварительное Справочник Земли Модель,» Исследование статье, Физика Земли и Планетарный Interiors , 25, 4 (1981-06): 297-356.
  4. ↑ Андрей, Михай (21 августа 2018 г.). «Что такое слои Земли?» . ZME Science . Проверено 28 июня 2019 .
  5. ^ Chinn, Лиза (25 апреля 2017). «Строение Земли от коры до внутреннего ядра» . Наука . Leaf Group Media . Проверено 28 июня 2019 .
  6. ^ Последние новости | Старейшие рок-шоу Земля была гостеприимной молодой планетой . Космический полет сейчас (2001-01-14). Проверено 27 января 2012.
  7. ^ Nace, Тревор (16 января 2016). «Слои Земли: Что лежит под земной корой» . Forbes . Проверено 28 июня 2019 .
  8. ↑ Эверс, Джинни (11 августа 2015 г.). «Мантия» . National Geographic . Национальное географическое общество . Проверено 28 июня 2019 .
  9. ^ Ю, Чуньцюань; День, Элизабет А .; de Hoop, Maarten V .; Кампильо, Мишель; Идет, Саския; Блайт, Рэйчел А .; ван дер Хильст, Роберт Д. (28 марта 2018 г.). «Неоднородность состава у основания переходной зоны мантии под Гавайями» . Nat Commun . 9 (9) : 1266. Bibcode : 2018NatCo ... 9.1266Y . DOI : 10.1038 / s41467-018-03654-6 . PMC 5872023 . PMID 29593266 .  
  10. ↑ Кригер, Ким (24 марта 2004 г.). « Демистификация слоя D » . Новости науки . Американская ассоциация развития науки . Проверено 5 ноября +2016 .
  11. ^ Dolbier, Рэйчел. «Керлинг Земли» (PDF) . Музей наук о Земле и минеральной инженерии WM Keck . Университет Невады, Рино : 5 . Проверено 28 июня 2019 .
  12. ↑ Каин, Фрейзер (26 марта 2016 г.). "Из чего сделана мантия Земли?" . Вселенная сегодня . Проверено 28 июня 2019 .
  13. Рианна Шоу, Итан (22 октября 2018 г.). «Различные свойства астеносферы и литосферы» . Наука . Leaf Group Media . Проверено 28 июня 2019 .
  14. Перейти ↑ Preuss, Paul (17 июля 2011 г.). "Что заставляет Землю готовиться?" . Национальная лаборатория Лоуренса Беркли . Калифорнийский университет в Беркли . Калифорнийский университет . Проверено 28 июня 2019 .
  15. ^ Уолцер, Уве; Хендель, Роланд; Баумгарднер, Джон . «Вязкость мантии и мощность конвективных нисходящих потоков» . Лос-Аламосская национальная лаборатория . Universität Heidelberg . Архивировано из оригинального 26 августа 2006 года . Проверено 28 июня 2019 .
  16. ^ "Планетарный информационный бюллетень" . Луна и планетология . НАСА . Проверено 2 января 2009 года .
  17. Перейти ↑ Hutton, C. (1778). «Отчет о расчетах, сделанных на основе обзора и мер, принятых в Schehallien» . Философские труды Королевского общества . 68 : 689–788. DOI : 10,1098 / rstl.1778.0034 .
  18. ^ Tretkoff, Эрни (июнь 2008). «Июнь 1798 года: Кавендиш взвешивает мир» . Новости APS . 17 (6). Американское физическое общество . Проверено 5 июня 2018 .
  19. ^ Monnereau, Марк; Кальве, Мари; Маргерин, Людовик; Сурьяу, Энни (21 мая 2010 г.). «Односторонний рост внутреннего ядра Земли». Наука . 328 (5981): 1014–17. Bibcode : 2010Sci ... 328.1014M . DOI : 10.1126 / science.1186212 . PMID 20395477 . S2CID 10557604 .  
  20. ^ Hazlett, Джеймс С .; Монро, Рид; Викандер, Ричард (2006). Физическая геология: исследование земли (6. изд.). Бельмонт: Томсон. п. 346. ISBN. 978-0-495-01148-4.
  21. ^ Stixrude, Ларс; Коэн, Р. Э. (15 января 1995 г.). «Ограничения на кристаллическую структуру внутреннего ядра: Механическая нестабильность ОЦК железа при высоком давлении» . Письма о геофизических исследованиях . 22 (2): 125–28. Bibcode : 1995GeoRL..22..125S . DOI : 10.1029 / 94GL02742 .
  22. ^ Benuzzi-Mounaix, A .; Koenig, M .; Ravasio, A .; Винчи, Т. (2006). «Лазерные ударные волны для исследования экстремальных состояний материи». Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез . 48 (12B): B347. Bibcode : 2006PPCF ... 48B.347B . DOI : 10.1088 / 0741-3335 / 48 / 12B / S32 .
  23. ^ Ремингтон, Брюс А .; Дрейк, Р. Пол; Рютов, Дмитрий Д. (2006). «Экспериментальная астрофизика с лазерами большой мощности и Z-пинчами» . Обзоры современной физики . 78 (3): 755. Полномочный код : 2006RvMP ... 78..755R . DOI : 10.1103 / RevModPhys.78.755 .
  24. ^ Benuzzi-Mounaix, A .; Koenig, M .; Husar, G .; Фарал Б. (июнь 2002 г.). «Абсолютное уравнение измерения состояния железа с помощью лазерных ударов». Физика плазмы . 9 (6): 2466. Bibcode : 2002PhPl .... 9.2466B . DOI : 10.1063 / 1.1478557 .
  25. ^ Шнайдер, Майкл (1996). «Кристалл в центре Земли» . Проекты в области научных вычислений, 1996 . Питтсбургский суперкомпьютерный центр . Проверено 8 марта 2019 .
  26. ^ Stixrude, L .; Коэн, Р. Э. (1995). «Упругость железа при высоком давлении и анизотропия внутреннего ядра Земли». Наука . 267 (5206): 1972–75. Bibcode : 1995Sci ... 267.1972S . DOI : 10.1126 / science.267.5206.1972 . PMID 17770110 . S2CID 39711239 .  
  27. ↑ BBC News, «Что находится в центре Земли?» . Bbc.co.uk (31 августа 2011 г.). Проверено 27 января 2012 г.
  28. ^ Ozawa, H .; др. и др. (2011). «Фазовый переход FeO и расслоение во внешнем ядре Земли». Наука . 334 (6057): 792–94. Bibcode : 2011Sci ... 334..792O . DOI : 10.1126 / science.1208265 . PMID 22076374 . S2CID 1785237 .  
  29. ^ Вуттон, Энн (2006). "Внутренний Форт-Нокс Земли" . Откройте для себя . 27 (9): 18.
  30. Перейти ↑ Herndon, JM (1980). «Химический состав внутренних оболочек Земли». Proc. R. Soc. Лондон . A372 (1748): 149–54. Bibcode : 1980RSPSA.372..149H . DOI : 10,1098 / rspa.1980.0106 . JSTOR 2398362 . S2CID 97600604 .  
  31. Перейти ↑ Herndon, JM (2005). «Научные основы знаний о строении Земли» (PDF) . Современная наука . 88 (7): 1034–37.
  32. ^ Первое измерение магнитного поля внутри ядра Земли . Science20.com. Проверено 27 января 2012.
  33. ^ Баффет, Брюс А. (2010). «Приливная диссипация и сила внутреннего магнитного поля Земли». Природа . 468 (7326): 952–94. Bibcode : 2010Natur.468..952B . DOI : 10,1038 / природа09643 . PMID 21164483 . S2CID 4431270 .  
  34. ^ Чанг, Кеннет (2005-08-25). «Ядро Земли вращается быстрее, чем остальная планета» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 24 мая 2010 .
  35. Перейти ↑ Kerr, RA (2005). «Внутреннее ядро ​​Земли работает немного быстрее, чем остальная часть планеты». Наука . 309 (5739): 1313a. DOI : 10.1126 / science.309.5739.1313a . PMID 16123276 . S2CID 43216295 .  
  36. ↑ Чанг, Кеннет (26 августа 2005 г.) «Ученые говорят, что центр Земли вращается быстрее поверхности» The New York Times Sec. A, Col.1, p. 13.
  37. ^ M E = 5 · 9722 × 10 24 кг ± 6 × 10 20 кг. « Избранные астрономические константы 2016 » в Интернет-астрономическом альманахе , USNO - UKHO

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Дроллетт, Даниэль (октябрь 1996). «Вращающийся хрустальный шар». Scientific American . 275 (4): 28–33. Bibcode : 1996SciAm.275d..28D . DOI : 10.1038 / Scientificamerican1096-28 .
  • Круглински, Сьюзен (июнь 2007 г.). «Путешествие к центру Земли» . Откройте для себя . Проверено 9 июля +2016 .
  • Леманн, I (1936). «Внутренняя Земля». Бур. Cent. Сейсмол. Int . 14 : 3–31.
  • Вегенер, Альфред (1966). Происхождение материков и океанов . Нью-Йорк: Dover Publications. ISBN 978-0-486-61708-4.

Внешние ссылки [ править ]

Структура Земли в Викиучебниках СМИ, связанные со структурой Земли на Викискладе?

  • Down To The Earth's Core (HD) на YouTube
  • Земли Ядро на В наше время на BBC