Исследование Земли
Масса Земли
Масса Земли, как известно из её гравитационных эффектов, составляет 5.97 х 1024 кг. что составляет около 6,587 миллиарда триллионов тонн. В сочетании со знанием объема Земли это дает плотность 5,52 грамма на кубический сантиметр. Это больше, чем типичные 2-3 грамма на кубический сантиметр для горных пород , но меньше, чем плотности железа и никеля, которые составляют около 8 и 9 граммов на кубический сантиметр соответственно.
Эти металлы обычно встречаются в метеоритах и, возможно, это была большая часть сырья для Земли. Поэтому можно предположить, что Земля - это некая смесь камня и металла. Кроме того, железо и никель, будучи более плотными, чем камень, будут ближе к центру.
Волны Земли и сейсмическая томография
Когда Земля возмущается землетрясением, возникает несколько видов волн, все из которых могут быть записаны приборами, называемыми сейсмометрами. Некоторые из этих волн движутся по поверхности Земли. Волны Рэлея очень похожи на катящиеся волны на поверхности океана. Волны вибрируют из стороны в сторону, например, с востока на запад для бегущей на север волны. Вместе эти волны производят большую часть повреждений зданий во время землетрясений.
Тщательно проанализировав данные тысяч землетрясений, используя сейсмометры, разбросанные по всему земному шару, ученые разработали довольно детальную картину недр земли. Этот метод называется сейсмической томографией. Это похоже на использование ультразвуковых звуковых волн для узи или компьютерной томографии (КТ) рентгеновских снимков для диагностики медицинских состояний.
Сейсмическая томография также легко дает подробные данные о внешних слоях планеты. Самая внешняя часть, кора, имеет довольно низкую плотность породы, в которой волны движутся несколько медленно. Волны частично отражаются, достигнув границы, называемой Мохо. Это сокращение от разрыва Мохоровичича, названного в честь Андрия Мохоровича, хорватского сейсмолога, открывшего его в 1909 году. Глубина, на которой возникает этот разрыв, колеблется от всего лишь от 5 километров под некоторыми частями океанского дна до примерно 75 километров под некоторыми континентальными поверхностями.
Литосфера Земли
Самый внешний слой, кора, состоит из твердой породы. Кора континентов толще и менее плотна, чем дно океана. Мохо отмечает границу между корой и более плотной породой слоя под ней, мантией, которая содержит более половины массы планеты. Кора и внешняя мантия вместе называются литосферой, от греческого слова lithos, означающего "скала".
Температура и давление растут с увеличением глубины внутри планеты. Примерно в 80 километрах под поверхностью скальная порода мантии находится при температуре около 1370° C и частично расплавляется. Это начало той части мантии, которая известна как астеносфера.
Ниже примерно на 250-300 километров мантия находится под таким большим давлением, что она снова становится более жесткой, хотя она все еще достаточно пластична, чтобы позволить очень постепенные движения. Мантия простирается примерно до 2900 километров под поверхностью. Считается, что температура на дне мантии составляет примерно 3700° C.
Под мантией материал становится намного плотнее (о чем свидетельствуют более быстрые волны Р) и разжижается (о чем свидетельствует отсутствие S волны). Ученые полагают, что этот слой, называемый внешним ядром, на 90% состоит из расплавленного железа и никеля (в основном железа), а также некоторых других элементов, таких как сера. Она составляет около 30 % массы Земли.
Наконец, ниже примерно 5100 километров находится внутреннее ядро, которое простирается до самого центра, примерно на 6370 километров вниз. Оно содержит около 2 % массы Земли. Несмотря на чрезвычайно высокие температуры, которые, по оценкам, составляют от 4400 до 6600° C, давление настолько велико, что железо и никель становятся твердыми.
Горные породы и минералы Земли
Земля - это в основном каменный шар. Горные породы формируются на поверхности земли и под ней в широком диапазоне физических и химических условий.
Все горные породы состоят из минералов. Минералы в некоторых породах представляют собой отдельные химические элементы, такие как золото или медь, но минералы в большинстве пород являются соединениями - комбинациями элементов с определенным химическим составом и точно структурированной структурой. Большинство минералов образуют кристаллы. Каждый кристалл имеет характерную форму и структуру, которая определяется типом и расположением его атомов.
Наиболее распространенными атомами , присутствующими в горных породах Земли, являются кислород и кремний, которые в сочетании образуют силикаты, такие как кварц (SiO2). Силикаты составляют около 95 % земной коры и верхней мантии. Другими распространенными элементами, присутствующими в меньших количествах, являются алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний.
Магматическая порода Земли
Магматическая порода является основной породой земной коры в том, что большинство других видов горных пород, найденных на Земле, образуются из нее. Магматическая порода - это порода, которая затвердевает из расплавленного состояния. Расплавленный скальный материал под поверхностью Земли называется магмой. Магма, которая вытесняется на поверхность земли, либо на дно океана, либо на сушу, как при вулканическом действии, называется лавой.
Магма глубоко под поверхностью может медленно остывать. Когда это происходит, минералы растут медленно и могут достигать относительно больших размеров. Этот процесс медленного охлаждения приводит к образованию крупнозернистых пород, таких как гранит или габбро. Тип образующейся породы зависит от химических веществ, содержащихся в магме. Каждый вид можно отличить по характерному минеральному составу.
Магма ближе к поверхности остывает быстрее, давая минералам мало шансов вырасти. В результате образуются мелкозернистые породы, близкие по составу к крупнозернистым. Мелкозернистый риолит является эквивалентом крупнозернистого гранита, а мелкозернистый базальт - эквивалентом габбро.
Некоторые вещества, выброшенные из вулканов, остывают так быстро, что затвердевают еще до того, как ударятся о землю. Лава остывает так быстро, что нередко в ней застревают пузырьки газа. Когда такая лава затвердевает, она становится легкой и пористой. Пемза образуется именно таким образом. Натуральный стеклянный обсидиан также образуется из лавы.
Метаморфическая порода Земли
Метаморфические породы образуются, когда тепло и давление изменяют первоначальный состав или структуру породы. Первоначальная порода может быть любого типа - магматической, осадочной или другой метаморфической. Глубоко в земной коре температура значительно выше, чем у поверхности, и горячая порода подвергается давлению от веса земной коры сверху и от боковых движений земной коры. Иногда жидкости и газы также воздействуют на породу, чтобы изменить ее.
Известняк, осадочная порода, превращается в мрамор в результате таких сил. Под воздействием стресса минеральные зерна в осадочных породах сланца растут в новых направлениях, образуя сланец, метаморфическую породу. Продолжительное напряжение изменяет сланец на филлит, а затем на сланец, породу, которая очень отличается по внешнему виду, составу и структуре от исходного сланца. Кварцит, одна из самых твердых и компактных пород, является метаморфической формой относительно мягкого, зернистого песчаника, осадочной породы.
Осадочные породы Земли
Осадочные породы формируются на поверхности Земли или вблизи неё, часто в результате воздействия ветра и проточной воды. На самом деле скалы этого типа покрывают большую часть поверхности, но они часто скрыты тонким слоем почвы. Для удобства осадочные породы делятся на две основные группы: терригенные породы и кристаллические породы. Терригенные породы состоят из осадочных пород - частиц или фрагментов породы различных размеров, которые были уплотнены или склеены вместе. Кристаллические породы состоят из минералов, которые были осаждены из растворов.
Частицы горных пород, размытые с открытых участков, таких как горы, переносятся потоками и реками в море. Там они медленно оседают в виде мелкого ила или глины. Более крупные частицы, такие как песок, оседают ближе к берегу, а самые крупные частицы, такие как галька и булыжник, оседают на береговой линии. Поскольку эти материалы медленно накапливаются в течение длительного периода времени, вода выдавливается из промежутков между частицами. Цементирующие вещества, содержащиеся в растворе в воде, например карбонат кальция, кремнезем и оксид железа, могут связывать частицы вместе.
Галька вблизи берега зацементирована в конгломерат. Чуть дальше образуются сланцы. В открытом океане известняки образуются из карбоната кальция и раковин мертвых морских животных.
Кристаллические породы могут образовываться в неглубоких внутренних морях, где доступ к открытой воде ограничен или отрезан. В таких местах моря могут медленно испаряться, оставляя после себя соединения, образующие осадочные породы, такие как гипс и каменная соль.
Минеральные ресурсы Земли
Минеральные ресурсы, такие как уголь, нефть и природный газ, встречаются в осадочных породах. Кроме того, геологи могут реконструировать древнюю географию и окружающую среду региона, изучая распределение его осадочных пород, которые лежат слоями или пластами.
Соотнесение последовательностей слоев горных пород в различных областях позволяет им проследить конкретное геологическое событие до определенного периода. Окаменелости - останки, отпечатки или следы организмов, которые когда-то жили на Земле, встречаются почти исключительно в осадочных породах. Они описывают историю жизни на Земле, хотя в виде окаменелостей сохранились лишь отдельные части небольшого процента древней жизни, чаще всего твердый скелет или панцирь животных с такими частями или древесные структуры некоторых растений. В необычных условиях мягкие ткани живых существ сохранились.
Земные циклы и Круговорот воды на Земле
Солнечная энергия и Магнитное поле Земли
Что ещё посмотреть: