2.2. Строение Земли и методы ее изучения

Форма Земли. До второй половины XVII века фигуру Земли считали правильным шаром, однако после появления гипотезы о первоначальном жидком состоянии Земли и открытии закона всемирного тяготения стало очевидным, что в силу вращения жидкая или пластическая масса неминуемо должна была сжаться у полюсов и растянуться у экватора, т. е. приобрести форму эллипсоида вращения. В действительности форма Земли еще сложнее и не соответствует ни одной правильной геометрической фигуре. За фигуру Земли принято тело, ограниченное поверхностью, совпадающей с уровнем воды в океанах в состоянии полного покоя при условии воображаемого отсутствия материков. Такая фигура называется геоидом. Экваториальный радиус (большая полуось) Земли равен 6378 км, полярный радиус (малая полуось) 6357 км, разность полуосей 21 км, сжатие Земли – 1/298. Площадь земной поверхности равна 510 млн. кв. км, из них на долю океанов приходится 70,8 %. Объем Земли составляет 10 куб. теракм (10¹²). На основании закона всемирного тяготения И. Ньютоном была определена масса Земли, равная 6*10²⁴ кг. Им же рассчитана средняя плотность Земли – 5,52 г/дм³.

Прямыми геологическими методами (наблюдения в обнажениях, горных выработках и скважинах) можно изучать лишь самые поверхностные слои земной коры. Поэтому недра Земли, ее внутреннее строение исследуются косвенными методами, основанными на изучении гравитационного поля Земли, распространения в ней сейсмических волн и анализе других физических свойств. В 1909 году югославский геофизик А. Мохорович обнаружил, что на глубине около 54 км скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн. Эта граница М (Мохо) отделяет земную кору от мантии Земли.

Впоследствии ниже границы Мохо были установлены другие сейсмические границы, где скорости распространения сейсмических волн меняются скачкообразно или изменяется скорость их нарастания с глубиной. Австралийский геофизик К. Буллен разделил недра Земли на 7 слоев – A,B,C,D,E,F,G:

1. земная кора толщиной 30 – 70 км на материках и 5 – 10 км в океанах с осадочным, затем гранитным и базальтовым слоями.

2. верхняя мантия, на глубинах 30 – 400 км подстилает земную кору; сложена ультраосновными породами типа дунита, перидотита. В пределах верхней мантии в интервале 70 – 250 км отмечается слой размягчения, или астеносфера; с ней связано положение фокусов землетрясений. А + В до астеносферы образуют единый жесткий слой – литосферу.

3. переходная зона на глубине 400 – 950 км с резким увеличением плотности.

4. нижняя мантия, на глубине 950 – 2900 км. Высокие давления и температура образуют плотные модификации кремнезема, оксидов железа и магния.

5. внешнее ядро на глубинах 2900 – 4980 км, предположительно состоит из сжатого жидкого железа с примесью кремния, никеля и серы.

6. промежуточный слой на глубинах 4980 – 5120 км, выделяется по физическим свойствам.

7. внутреннее ядро Земли, по-видимому, имеет состав внешнего ядра, но в результате сверхвысокого давления находится в твердом состоянии.

Химический состав Земли. Основы определения химического состава Земли составляют данные химических анализов поверхностных частей земной коры 15 – 20 км, глубже – косвенные данные геофизических методов и изучение метеоритов.

Масса ядра составляет 32,4 % массы Земли. Около 90 % массы Земли составляют 4 элемента: железо, кислород, кремний и магний. В количествах, превышающих 1 %, находятся только никель, сера, кальций и алюминий.