1. Теории строения земли и земной коры.

Строение Земли как космического тела изучалось и изучается геофизическими и геологическими методами, к числу которых относятся сейсморазведка, аэромагнитные, аэрогравиметрические методы, бурение сверхглубоких исследовательских скважин, геологическая съемка и космические методы. Модель геологического строения Земли и земной коры (рис.1, таблица 1) создавалась методом геологической интерпретации полученных различными способами данных и построения гипотез на их основе. В этой работе принимали участие многие поколения зарубежных и отечественных геофизиков и геологов.

Рис. 1. Глобальный космический снимок Земли с автоматической станции «Зонд-7», сделанный с расстояния около 70 тыс. км 8 августа 1969 г. (Из книги С.С. Шульца «Земля из космоса» 1984г.).

Рис. 2. Фотографии поверхности Марса. (Из книги С.С. Шульца «Земля из космоса» 1984 г.):

а и б – соответственно ударный и вулканический кратеры; в – песчаные дюны и обломки пород; г – сухие русла, выработанные поверхностными потоками

Рис. 3. Рельеф поверхности Луны. (Из книги М.М. Жукова и др.,1961г.)

Рис. 4. Внутреннее строение Земли по сейсмологическим данным. (Из книги С.С. Шульца «Земля из космоса» 1984 г.):

Мощности коры, литосферы и астеносферы преувеличены.

Наиболее значимой для изучения глубинного строения Земли стала геофизика. В 1909 году югославский геофизик А.Мохоровичич выделил сейсмическую границу М, отделяющую земную кору от мантии. В 1912 году немецкий геофизик А.Вегенер предложил гипотезу плавания материков на базальтовом основании. В 1925 году австрийский геофизик В.Конрад выделил сейсмическую границу К, разделяющую гранитный слой земной коры от базальтового слоя.

Среди геологических гипотез и теорий наиболее значимыми для построения модели строения земной коры стали: теория образования и строения континентов и океанических впадин, теории строения и образования геосинклиналей и платформ, теория глубинных разломов. В разработке их активное участие принимали многие известные в мире геологи, в том числе российские и советские геологи-теоретики: А.П. Карпинский (1894, 1919), А.Д.Архангельский (1912, 1932, 1941), А.А.Борисяк (1924), М.М.Тетяев (1933, 1934), М.А.Усов (1936), В.В.Белоусов (1948, 1962, 1975), А.В.Пейве (1945, 1964), А.Л.Яншин (1958, 1964, 1978), В.Е.Хаин (1964, 1973), Ю.А.Косыгин (1969, 1974, 1988).

В итоге были построены геологические и тектонические карты континентов, океанов и их отдельных частей.

Средний радиус земного шара составляет 6370 км, экваториальный – 6378 км, полярный – 6356,8 км. Площадь земного шара составляет 510,2 млн. км² , из них площадь мирового океана – 361,1 млн. км² (70,8%), площадь суши – 149,1 млн. км² (29,2%). Суша представлена шестью материками (континентами) и крупными, мелкими островами. Площадь горных районов составляет 1/3 поверхности суши.

Рис. 5. Схема внутреннего строения Земли (по А.К. Соколовскому, 1990г.)

Жирными пунктирными линиями показаны наиболее важные сейсмические границы.

Средняя плотность земного вещества, рассчитанная астрономическими методами, составляет 5,518 г/см³. По химическому составу и физическим свойствам земной шар неоднороден, имеет слоистое строение:

1. Земная кора – самый верхний слой земного шара. Толщина земной коры максимальная под горными сооружениями – до 70-75 км, минимальная – под океанами – 5-10 км.

2. Мантия. Верхняя мантия – до глубины 250 км, средняя мантия – от 250 до 800-950 км, нижняя мантия – от 800-950 км до 2500 км.

3. Ядро Земли. Внешнее ядро – от 2500 км до 4700 км, переходная зона – от 4700 км, внутреннее ядро – до 6370 км.

Таблица 1

Общие характеристики Земли

(Геологический словарь, 1973г.)

1	Масса Земли	5,975·1024кг
2	Масса Земли по отношению к массе Солнца	1/333432
3	Среднее расстояние от Земли до Солнца	149,5·106км
4	Скорость движения Земли по орбите	29,76 км/сек
5	Радиус Земли на экваторе	6378,245 км
6	Радиус Земли на полюсах	6356,863 км
7	Средний радиус Земли	6371,110 км
8	Геосферы Земли Атмосфера Тропосфера (79% массы атмосферы), высота на экваторе высота на полюсах Стратосфера (20% общей массы атмосферы), высота Ионосфера (0,5% массы атмосферы), высота Внешняя ионосфера, высота	от 0 до 18 км от 0 до 10 км от 16 до 80 км от 80 до 90 км от 90 до 1300 км
	Гидросфера (вода, лед) Земная кора (состоит из трех слоев): Осадочный слой Гранитно-метаморфический слой Базальтовый слой	граница Конрада (К), глубина до 30 км граница Мохоровичича (М), глубина до 60 км
	Мантия Земли Верхняя мантия, глубина Астеносфера, глубина на континентах глубина в океанах Средняя мантия, глубина Нижняя мантия, глубина	от 60 до 250 км слой Гутенберга от 100 до 200 км от 250 до 800-950 км от 800 - 900 до 2900 км
	Ядро, толщина (радиус) Внешнее ядро, глубина Переходная зона, глубина Внутреннее ядро, глубина	от 2900 до 4700 км от 4700 до 5100 км от 5100 до 6370 км
9	Температура на границе внутреннего ядра	до 2500-30000С
10	Давление в центре Земли	3,5±0,5·103кбар
11	Возраст Земли	6·109-4,2·109лет

Под земной корой понимается верхний слой земного шара толщиной в среднем 40 км, отделенная от мантии Земли сейсмической границей «М» (Мохоровичича). Средняя плотность земной коры 2,67-2,84 г/см³. По вертикали внутри земной коры выделяются три слоя:

1. Осадочный слой. Плотность 1,8-2,5 г/см³, скорость распространения сейсмической волны 1-4 км/сек.

2. Гранитный слой. Плотность 2,5-2,75 г/см³, скорость распространения сейсмической волны 5,5-6,2 км/сек.

3. Базальтовый слой. Плотность 2,75-3,0 г/см³, скорость распространения сейсмической волны 6,2-7,1 км/сек.

Земная кора океанического типа характеризуется отсутствием гранитного слоя.

Верхняя мантия состоит из ультраосновных горных пород, плотность которых оценивается в 3,1-3,3 г/см³, скорость распространения волны - 7,8-8,2 км/сек. Скорость распространения сейсмической волны и плотность земного вещества возрастают по мере приближения к ядру Земли до 13,6 км/сек и 10-12 г/см³. Ядро Земли предположительно состоит из соединений железа.

В химическом отношении (табл.2) земная кора на 97,1% состоит из 8 элементов: кислород – 46,8%, кремний – 27,3%, алюминий – 8,7%, железо – 5,1%, кальций – 3,6%, натрий – 2,6%, магний – 2,1%, калий – 2,6%. На долю водорода приходится 1,0%, титана – 0,6%, углеводорода – 0,3%. Остальные химические элементы содержатся в микроколичествах – от 0,08 до 0,009%.

Таблица 2

Химический состав земной коры

(в процентах по весу)

Элементы	По Ф.Кларку 1920г.	По А.Е.Ферсману 1933г.	По А.П.Виноградову 1950г.
Кислород Кремний Алюминий	50,02 25,80 7,30	49,13 26,00 7,45	46,8 27,3 8,7
Железо Кальций Натрий	4,18 3,22 2,36	4,20 3,25 2,40	5,1 3,6 2,6
Калий Магний Прочие	2,28 2,08 2,76	2,35 2,35 2,87	2,6 2,1 1,2
Всего	100,00	100,00	100,00

По мере увеличения глубины в составе земной коры увеличивается доля более тяжелых химических элементов – железа (до 34,6%), магния (до 12,7%), уменьшается доля легких химических элементов – кислорода (до 29,5%) и кремния (до 15,2%).

Земная кора является наиболее неоднородной геосферой Земли. На континентах верхние ее слои выходят на поверхность Земли, хорошо изучены и изображены на геологических и тектонических картах. На этих картах видны устойчивые блоки земной коры, которые были названы платформами (кратонами) и окаймляющие их линейно вытянутые складчатые области, названные геосинклиналями. Впервые такие крупнейшие (глобального ранга) структуры в земной коре были выделены французским геологом Г.Огом (1900г.) и австрийским геологом Э.Зюссом (1901г.). В России учение о платформах разрабатывалось А.П.Карпинским (1915г.), А.А.Борисяком (1924г.), А.Д.Архангельским (1928г), Н.С.Шатским (1937г) и др.