ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «СТАНКИН»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНОЙ ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Доктор физ-мат. наук, профессор

М.Ю.ХУДОШИНА

УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Науки о Земле

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

МОСКВА

2011

Введение

Цель изучения предмета:

Формирование обобщенного системного понимания строения, функционирования, развития и взаимосвязей биосферы Земли и ее компонентов.

Задачи дисциплины:

Изучить основные процессы, возникающие в сферах Земли, узнать основы строения, функционирования природных систем и их компонентов, анализировать антропогенное влияние.

Методы исследования этих систем и картографирования.

Основные направления исследования:

1) гидрология и гидрогеология;

2) почвоведение;

3) гидрология;

4) климатология и метеорология;

5) ландшафтоведение;

6) картографическое изучение сфер Земли;

Раздел 1. Геология и гидрогеология

Первое представление о шаровидной форме Земли возникло в древней Греции. В 17 и 18 веках установили, что Земля сплюснута по оси вращения (разница между осями 21 км). Причина формирования такой формы - совместное действие гравитации и центробежных сил. Равнодействующая этих сил - сила тяжести. Она выражается в ускорении, которое приобретает каждое тело у поверхности.

Позднее установили, что Земля в небольшой степени сжата по экватору. Наибольшей и наименьшей радиусы экватора отличаются на 213 м. То есть Земля является трехосным эллипсоидом. Однако реальная поверхность Земли более сложная - геоид. Геоид - это воображаемая, уровенная поверхность, по отношению к которой вектор силы тяжести повсеместно направлен перпендикулярно.

На площади акватории океана геоид совпадает с поверхностью Земли. Расхождение между геоидом и эллипсоидом составляет ± 100-150 м. Это объясняется неравномерным распределением масс разной плотности в теле Земли, что влияет на силу тяжести.

Современное представление формы Земли - это эллипсоид Красовского с основными параметрами:

экваториальный радиус - 6378,245 км;

полярный радиус - 6356,863 км;

полярное сжатие -1/298,25;

площадь поверхности Земли - 510 млн. км²;

объём 1,083 *10¹² км³;

масса - 5,976 *10²⁷ г.

Тема 1. Литосфера Земли. Строение Земли. Химический состав. Процессы формирования. Внутреннее строение Земли.

Суждение о составе внутренних оболочек Земли основывается на данных геофизических методов.

Непосредственному наблюдению доступны только верхние слои Земли – до 20 км – горизонты земной коры, выходящие на поверхность или вскрытые рудниками, шахтами или буровыми скважинами.

Геофизические методы носят предположительный характер. Из них наиболее важный - сейсмический. Он основан на регистрации скорости распространения в теле Земли волн, вызываемых землетрясениями и искусственными взрывами.

Выделяют два типа волн:

1. поверхностные (распространяются от эпицентра);

2. сейсмические (исходят из очага взрыва или землетрясения).

Сейсмические волны подразделяются на: продольные сейсмические волны – Р-волны (первичные) и поперечные – S-волны (вторичные).

Р-волны являются реакцией среды на изменение объема. Скорость распространения в недрах составляет в среднем 6,1 км/с.

S-волны распространяются только в твердых телах. Их скорость 4,1 км/с. Они не проникают в жидкие слои Земли. Отсутствие S-волн и фиксирование слабых Р-волн дает основание предполагать, что внешнее ядро – жидкое.

На основе геофизических методов установлено, что Земля неоднородна и дифференцирована вдоль радиуса.

Модель строения Земли

Выделяют 3 главные оболочки Земли с чётко выраженными поверхностями сейсмического раздела, где резко изменяются скорости сейсмических волн.

1. Земная кора – твердая верхняя оболочка Земли.

Её мощность: 5 - 10 км под океанами, до 30 - 40 км в равнинных областях, до 50 - 75 км в горных районах. (Максимальное значение под Андами и Гималаями).

Земная кора делится на 2 основных типа:

а) континентальная

б) океаническая

Плотность земной коры составляет 3 г/см³.

Континентальная земная кора в основном состоит из гранитных пород. Её также называют сиалем, т.к. основание породы содержат кремний (Si) и алюминий (Al). Эта кора менее плотная и более широкая, чем океаническая кора.

Океаническая кора более плотная, сложена базальтами и её называют сима (Si и Мg).

В результате тектонических движений менее мощная океаническая порода погружается под континентальную. Земная кора отделяется от мантии резкой сейсмической границей – поверхностью Мохоровичича (поверхностью Мохо). Континентальную и океаническую породу разделяет поверхность Конрада.

2) Мантия Земли

Располагается ниже земной коры до глубины 2900 км от поверхности, подразделяется на 2 части:

а) верхняя мантия до глубины 900 - 1000 км

б) нижняя мантия до глубины 1000 - 2900 км

Нижняя мантия состоит из менее плотных пород (4-5 г/см³).

В верхней мантии располагается слой относительно менее плотных, размягченных горных пород – астеносфера. В ней наблюдается понижение скорости сейсмических волн, особенно поперечных (S-волны). Это свидетельствует о менее вязком, более пластичном, частично расплавленном, состоянии вещества.

Вязкость астеносферы меняется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении, мощность ее также различна. Под континентами она располагается на глубине от 80-120 до 200-250 км. Под океанами: от 50-70 до 300-400 км. Астеносфера играет значительную роль в геологических процессах. В некоторых местах она приподнята до глубины 20-25 км, в наиболее подвижных зонах земной коры; значительно удалена в центрах платформ.

Твердый надастеносферный слой мантии вместе с земной корой называется литосферой. Этот слой относительно устойчивый, но подвижный, скользит по подстилающей мантийной поверхности. При его движении происходит движение материков или литосферных плит. Оно называется континентальным дрейфом.

3. Ядро Земли подразделяется на:

- внешнее – до глубины 5120 км, толщиной 2220 км, жидкое, преимущественно из железа, плотность 10-12 г/см³ (перемещение вещества во внешнем ядре объясняет происхождение магнитного поля Земли);

- внутреннее – до глубины ниже 5120 км, толщиной 1255 км, плотность 13,6 г/см³, состоит из железа и никеля и находится в твёрдом состоянии.