Вопрос 3. Форма Земли

Форма Земли близка к трехосном эллипсоиду вращения с полярным сжатием: у современной Земли полярный радиус 6356,78 км, а экваториальный 6378,16 км. Длина земного меридиана составляет 40008,548 км, длины экватора 40075,704 км. Для практических расчетов радиус Земли принимают равным 6371 км. Полярное сжатие обусловлено вращением Земли вокруг полярной оси и величина этого сжатия связана со скоростью вращения Земли. Иногда форму Земли именуют сфероидом, но для Земли есть и собственное наименование формы, а именно - геоид.

Поверхность Земли на 70,8% (361,1 млн.км²) занята поверхностными водами (океанами, морями, озерами, реками, искусственными водохранилищами). Суша составляет 29,2% (148,9 млн. км²). Средняя плотность Земли 5,52 г/см³.

Строение Земли

В общем виде Земля сложена как бы несколькими концентрическими оболочками: внешними - атмосфера (газовая оболочка), гидросфера (водная оболочка), биосфера (область распространения живого вещества, по В.И.Вернандскому) и внутренними, которые называют собственно геосферами (ядро, мантия, литосфера).

Рис. 1. Геосферы Земли (а) и строение Земли (б).

Атмосфера - толщина 3000 км, состоит из тропосферы, стратосферы, ионосферы (снизу вверх).

Гидросфера – толщина 3,8 км; покрывает земную поверхность на 70,8%.

Внутреннее строение Земли по современным представлениям состоит из ядра, мантии и литосферы. Границы между ними достаточно условны, вследствие взаимопроникания как по площади, так и по глубине.

Земное ядро состоит из внешнего (жидкого) и внутреннего (твердого) ядра. Радиус внутреннего ядра примерно 1200-1250 км, переходный слой между внутренним и внешним ядром имеет мощность 300-400 км, а радиус внешнего ядра равен 3450-3500 км (соответственно глубина 2870-2920 км). Плотность вещества во внешнем ядре с глубиной возрастает с 9,5 до 12,3 г/см³. В центральной части внутреннего ядра плотность вещества достигает почти 14 г/см³. Все это показывает, что масса земного ядра составляет до 32% всей массы Земли, в то время как объем его всего примерно 16% от объема Земли. Современные специалисты считают, что земное ядро почти на 90% представляет собой железо с примесью кислорода, серы, углерода и водорода, причем внутреннее ядро имеет железо-никелевый состав.

Мантия Земли представляет собой силикатную оболочку между ядром и подошвой литосферы. Масса мантии составляет 67,8% от общей массы Земли. Геофизическими исследованиями установлено, что мантия, в свою очередь, может быть подразделена на верхнюю (до глубины 400 км) и нижнюю мантию (с подошвой на глубине примерно 2900 км). Весьма важным элементом в строении мантии является зона, подстилающая подошву литосферы. Физически она представляет собой поверхность перехода сверху вниз от охлажденных жестких пород к частично расплавленному веществу мантии, находящемуся в пластическом состоянии. По современным представлениям мантия имеет ультраосновной состав. Мантия в настоящее время оценивается, как источник сейсмических и вулканических явлений, горообразовательных процессов, а также зона реализации магматизма.

Литосфера - это каменная оболочка Земли, объединяющая земную кору и подкорковую часть верхней мантии. Характерным признаком литосферы является то, что в нее входят породы в твердом кристаллическом состоянии, и она обладает жесткостью и прочностью. Вниз по разрезу от поверхности Земли наблюдается рост температуры. Расстояние в метрах, на которое надо углубиться в Землю по вертикали для того, чтобы температура повысилась на 1^оС, называется геотермической ступенью. Прирост температуры в градусах при углублении на единицу глубины, например на 100 метров, называется геотермическим градиентом. В среднем геотермический градиент принимается равным 3^о на 100 м, а соответствующая ему ступень - около 33 м.

Расположенная под литосферой пластичная оболочка мантии, в которой при высоких температурах вещество частично расплавлено и вследствие этого в отличии от литосферы не обладает прочностью, может пластично деформироваться и даже течь под действием малых избыточных давлений. Это показывает, что верхняя мантия в масштабах геологического времени ведет себя как вязкая жидкость. Таким образом, литосфера способна к движению относительно нижней мантии.

Мощность литосферы меняется от нескольких километров под рифовыми долинами срединных океанических хребтов до 100 км под периферией океанов, а под древними щитами мощность литосферы достигает 300-350 км.

Земная кора представляет собой верхний слой Земли, который имеет нижнюю границу (или подошву) по слою Мохоровичича, где отмечено скачкообразное увеличение скоростей распространения упругих (сейсмических) волн до 8,2 км/сек.

В настоящее время выделяют два типа земной коры: "базальтовая" океаническая и "гранитная" континентальная.

Океаническая кора. Верхний слой представлен осадочным материалом, представленным карбонатными осадками и бескарбонатными красными глубоководными глинами. Второй слой сложен подушечными лавами базальтов океанического типа. Океаническая кора образуется в рифовых зонах срединно-океанических хребтов за счет происходящего под ними выделения базальтовых расплавов верхней магмы.

Континентальная кора резко отличается от океанической по мощности, строению и составу. Ее мощность меняется от 20 до 80 км. Мощность континентальной коры под древними платформами в среднем составляет 40 км.

Континентальная кора сложена тремя слоями, верхний из которых осадочный, а два нижних представлены кристаллическими породами. Осадочный слой представлен глинистыми осадками и карбонатами мелководных морских бассейнов и имеет мощность от 0 на древних щитах до 15 км в краевых прогибах платформ. Под осадочным слоем залегают "гранитные" породы, зачастую преобразованные процессами регионального метаморфизма. Под этим слоем залегает базальтовый. Отличием континентальной коры от океанической является наличие в ней гранитного слоя. Далее океаническая и континентальная кора подстилаются породами верхней мантии.

Земная кора имеет алюмосиликатный состав, представленный, главным образом, легкоплавкими соединениями. Химический состав земной коры, %, следующий: кислород -46,8; кремний - 27,3; алюминий - 8,7; железо - 5,1; кальций - 3,6; натрий - 2,6; калий - 2,6; магний - 2,1; другие элементы - 1,2.