Что такое верхняя мантия нижняя мантия литосфера
Литосфера Земли
Глоссарий
Астеносфера — расположенный на глубине около 150-200 км частично расплавленный, находящийся в вязком состоянии слой.
Лава — лишенная газов, застывшая на поверхности Земли магма.
Магма — огненная масса в слое астеносферы, расплавленная, содержащая большое количество газов.
Литосферные плиты — гигантские участки земной коры, свободно перемещающиеся по вязкому слою мантии.
Области складчатости — участки земной коры между плитами литосферы, находящиеся в относительном движении, в рельефе им соответствуют горные системы суши и дна морей.
Определение литосферы
Литосферой (λίθος – «камень» и σφαίρα – «шар») называют твердую земную оболочку, которая полностью покрывает планету, защищая ее от достигающей 60000 °С температуры раскаленного ядра. Литосфера расположена между атмосферой и гидросферой сверху и астеносферой снизу. Толщина твердой оболочки Земли не однородна, и на различных участках составляет от десятков до нескольких сотен километров.
Пангея
Несмотря на солидный возраст, формирование планеты не окончено до сих пор. И тонкая поверхность коры, что является домом для человека, растений и животных, и горячие недра находятся в постоянном движении. Меняются очертания материков, рельеф местности, климатические условия.
Глядя на современные космические снимки планеты с очертанием шести отдельных континентов, сложно поверить, что около 250 миллионов лет назад на планете существовал единый сверхконтинент, носящий название Пангея.
В результате активных процессов в недрах планеты единый материк раскололся на современные континенты, которые, благодаря медленному, от 2.5 см до 7 см в год (по данным различных источников), движению тектонических плит за миллионы лет удалились на максимальное расстояние.
Поднимаясь на царапающие облака горы или спускаясь в недра океана, человек считает себя покорителем природы, но ни один рукотворный небоскреб не сравнился по высоте с горами, и ни один батискаф не спустился в самую глубокую Марианскую впадину.
Поверхность литосферы не сплошная, а представлена отдельными плитами, которые в некоторых местах находят друг друга, образуя горные хребты или расходятся, формируя морские впадины.
В строении литосферы ученые выделяют восемь крупных плит и значительное количество более мелких. Плиты не зафиксированы неподвижно, а медленно передвигаются по горячей и жидкой астеносфере, образуя в местах стыков пластин зоны сейсмической активности.
Крупнейшие тектонические плиты:
Строение литосферы
Если смотреть на Землю в поперечном разрезе вдоль полюсов, то можно выделить: земную кору, пограничный слой, мантию, ядро.
К литосфере относятся: земная кора, переходный слой и самый верхний, вязкий слой мантии.
Литосфера, о которой мы ведем сейчас речь — это всего лишь около 1% от радиуса земли, но именно этот 1% позволяет существовать жизни на планете.
Земная кора — самый верхний слой литосферы. В неоднородности земной коры можно убедиться, стоя на берегу и глядя на обрыв скромной реки, где слои различных пород находятся друг над другом. Найденные при раскопках полезные ископаемые (нефть, газ, железная руда, алмазы) рассказывают ученым о процессах, происходящих на планете миллионы лет назад.
Земная кора — не только самый верхний слой литосферы, но и самый тонкий — ее размер составляет от 80 километров на горных участках планеты до 30 км на равнинных. По типу земная кора делится на океаническую и материковую. Такое деление характерно только для Земли, на остальных планетах такого разделения нет, если верить показаниям космических зондов и планетоходов.
В коре материкового типа выделяют три слоя пород:
Океаническая кора состоит из осадочного и базальтового слоев.
Под земной корой, в точности повторяя ее очертания, и отделяя ее от мантии, расположен пограничный слой или поверхность Мохоровичича. Граница Мохоровичича представляет собой тонкий слой из пепла, который образуется в результате электроразрядных молний, протекающих в верхнем слое мантии.
Огромное давление между мантией и земной корой привело к тому, что слой пепла спрессовался и при пропускании сейсмических волн ведет себя как плотное, практически монолитное вещество. Поверхность Мохоровичича выполняет гидро-, электро- и теплоизоляционную функции.
Мантия делится на два слоя:
Ядро, жидкое снаружи и плотное внутри, состоит преимущественно из железа и никеля.
В верхнем слое мантии образуется раскаленная магма, ищущая свой выход через разломы в земной коре в местах соприкосновения тектонических плит. И именно в недрах обычный уголь под действием давления и температуры превращается в самый прочный (и к тому же драгоценный) камень — алмаз.
Способы изучения земной коры
Вы спросите, откуда ученым это известно? Ведь толщина земной коры составляет около 60-70 километров, а буровые установки, созданные человеком, достигли глубины чуть более 12 километров.
Вулканы — смертельно опасные, но в тоже время впечатляющие и завораживающие доказательства огненных процессов, происходящих в земных недрах. Преодолев сопротивление земной коры, на поверхность под давлением выбрасывается раскаленная магма, которая, остывая в атмосфере, превращается в реки лавы, несущие вулканические камни и газ, а с ними сведения для ученых о процессах, происходящих глубоко внутри Земли.
По линиям глубинных разломов земной коры расположены активные действующие вулканы. Тихоокеанское огненное кольцо, в которое входят вулканы Камчатки, Японии, Филиппинских островов, Индонезии, Мексики, Алеутских островов, Южной Америки и Огненной Земли дает ученым ответы на вопросы, а наблюдателям — незабываемое зрелище.
Но «дыхание» планеты и ее активную жизнь можно увидеть и на менее разрушительных примерах.
Среди древних городских развалин небольшого городка Поццуоли, расположенного на берегах Неаполитанского залива, в центре города есть остатки древнего храма и прилегающей к нему рыночной площади, построенных более двух тысяч лет назад, еще во времена Римской Империи. Даже невооруженным глазом заметно, что мраморные колонны изъедены морскими камнеточцами почти на 6 метров в высоту.
Из исторических хроник известно, что к XIII веку городская площадь опустилась ниже уровня моря. Однако произошло это не одномоментно, в результате землетрясения или другого катаклизма, а медленно, год за годом. В течение трех веков остатки зданий были затоплены,затем суша неспеша начала подниматься. К 1800 году руины вновь оказались выше уровня моря, и любознательные туристы могут своими глазами наблюдать уникальное явление брадисеймса, когда слой магмы настолько близко подходит к земной коре, что в результате подземных движений поверхность Земли поднимается и опускается.
Методические советы
С помощью наводящих вопросов и наглядного материала в виде таблиц и схем ребята узнают о движении литосферных плит, указывая на карте их границы.
Ребята схематически зарисовывают строение материковой и океанической коры.
Затем рассматривают образцы минералов различного происхождения, определяют отличия между представителями разных литосферных слоев.
Заключительный этап — тестирование по теме.
Темы докладов
Внутренняя структура Земли [вместе с ее составом] является одним из первых предметов, которые учащиеся изучают в школе по географии / геологии. Это дает нам приблизительное представление о далеком прошлом Земли и о том, как жизнь, как мы знаем сегодня, появилась на этой планете.
Поскольку невозможно непосредственно наблюдать глубины планеты, наше текущее понимание этого вопроса полностью основано на топографических исследованиях поверхности и анализе вулканических выбросов и сейсмических волн.
Землю можно просто разделить на три слоя: кору, мантию и ядро, но другие слои также распознаются благодаря своим уникальным химическим свойствам и плотности. Ниже приведены важные слои земли, которые вы должны знать.
Земная кора
Схема среза внутренней структуры земли | Изображение предоставлено USGS
Корка делится на два типа; океаническая кора и континентальная кора. Линия или граница, которая разделяет эти два, называется разрывом Конрада.
Океаническая кора
Океаническая кора простирается от 5 до 10 км ниже морского дна. Он в основном состоит из мафических пород (базальт) и часто упоминается как Сима (силикат магния). Плотность океанической коры составляет около 3 г / см3.
Океаническая кора непрерывно формируется в середине океанических хребтов в процессе, называемом распространением морского дна. Когда магма поднимается из разлома, она распространяется и постепенно остывает, превращаясь в новую океаническую кору. Возраст океанической коры можно определить по ее удаленности от срединно-океанических хребтов.
Из-за этой «переработки» океанической коры они намного моложе континентальной коры. Самой древней сохранившейся океанической коре около 340 миллионов лет, в то время как континентальной коре в некоторых регионах столько же лет, сколько и самому возрасту Земли.
Континентальный разлом
Континентальная кора полностью состоит из скалистых пород, таких как гранит. Он толще (30-50 км), чем океаническая кора, но также менее плотен (2,7 г / см3). Как и океаническая кора, континентальная кора образована тектоникой плит, но гораздо менее разрушена.
Верхняя мантия
Прямо под земной корой лежит мантия, которая разделена на два основных слоя; верхняя и нижняя мантия. Мантия в целом составляет около 84% объема земли.
Граница, которая отделяет земную кору от верхней мантии, называется разрывом Мохоровича (для краткости Мохо), однако она не обнаружена на одинаковой глубине. Мохо был обнаружен хорватским сейсмологом Андрией Мохоровичем в 1909 году.
В этом слое расположены две механически разные области, а именно литосфера и астеносфера.
Литосфера
Континентальная литосфера состоит в основном из фельсиковых пород (пород с высоким содержанием кремнезема). Океаническая литосфера, с другой стороны, почти полностью состоит из перидотита (ультрамафитовой породы с низким содержанием кремнезема) и более плотной, чем континентальная литосфера.
Астеносфера
Астеносфера показана на границе субдукции
Под литосферой лежит гораздо более плотный и механически слабый слой астеносферы. Хотя этот слой обычно располагается где-то между глубинами 80 и 200 км, в некоторых регионах он может простираться на 700 км ниже поверхности Земли.
Проще говоря, жесткая астеносфера «плавает» на вершине пластичной астеносферы, заставляя тектонические плиты двигаться. Геологические виды деятельности, такие как землетрясения и извержения вулканов, обычно связаны с тектоникой плит.
Переходная зона
Переходная зона представляет собой отчетливый слой в мантии Земли между глубинами 410 км и 660 км ниже поверхности. Здесь из-за высокой температуры и давления породы становятся более плотными и претерпевают структурные изменения (кристаллизация).
Исследования показали, что переходная зона мантии содержит столько же воды, сколько и океаны Земли. Однако вода существует там только в форме гидроксид-ионов. На глубинах 525-660 км гидроксид-ионы улавливаются минералами из оливина, такими как вадслиит и рингвудит.
Нижняя мантия
Между переходной зоной и ядром лежит нижняя мантия. Он простирается от 660 км до примерно 2900 км ниже поверхности Земли. Температура в нижней мантии колеблется от 1900 до 2630 К, в зависимости от глубины. Хотя эта область намного горячее и плотнее верхней мантии, она гораздо менее пластична.
Нижняя мантия в основном состоит из минералов, таких как кальциево-силикатный перовскит и ферропериклаз, оба происходят из рингвудита.
На основе сейсмической модели Предварительная эталонная Земля (PREM) нижняя мантия может быть разделена на три секции; самая верхняя нижняя мантия, средне-нижняя мантия и слой D ”.
Граница Ядро-Мантия
Внутренняя структура Земли
Внешнее ядро
Внешнее ядро простирается от 2900 км до примерно 5150 км ниже поверхности Земли. Несмотря на то, что точную температуру ядра Земли практически невозможно измерить, по оценкам, она находится где-то между 3000 К и 4500 К вблизи ее верхних областей. Он может подняться до 8000 К вблизи своей границы с внутренним ядром.
Внешнее ядро, по-видимому, имеет очень низкую вязкость, что вызывает сильную конвекцию в этой области. Согласно теории динамо, жидкое никель-железное внешнее ядро - то, что питает магнитное поле Земли. Средняя напряженность магнитного поля внешнего ядра (2,5 миллисела) примерно в 50 раз выше, чем у поверхности.
Внутреннее ядро
В отличие от жидкого внешнего ядра, внутреннее ядро Земли является твердым и имеет общий радиус 1220 км. Его расчетная температура близка к 5700 К, аналогично температуре внешней поверхности Солнца. Хотя температуры во внутреннем ядре намного превышают температуру плавления железа, он остается твердым из-за сильного давления, оказываемого остальной частью земли.
Поскольку внутреннее ядро соединено с жидким внешним ядром, оно может вращаться с несколько иной скоростью, чем остальные. Эта теория была подтверждена исследованием, проведенным в 2005 году.
Анализируя разрывы в сейсмических волнах, исследователи смогли сделать вывод, что внутреннее ядро Земли фактически вращается быстрее, чем остальная часть Земли, примерно на 0,3–0,5 градуса в год, что в 50 000 раз превышает тектоническое движение плиты.
Внутреннее ядро растет примерно на 1 мм / год. Поскольку тепло от внешнего ядра передается в мантию, это заставляет внутреннюю часть жидкой области замерзать или затвердевать, а внутреннее ядро толкаться вверх.
Внутреннее Внутреннее Ядро
В 2015 году, изучая эхо землетрясений, исследователи получили ранее неизвестные сведения о внутреннем ядре Земли. Исследование предполагает, что есть внутренний слой во внутреннем ядре. Он дублирован как внутреннее внутреннее ядро. Этот слой отличается от внутреннего ядра так же, как внутреннее ядро отличается от внешнего ядра.
Мантия Земли
Земля — это планета земной группы, на которой есть жизнь. Строение и состав планеты изучает множество наук: астрономия, геология, метеорология, география и биология. Под земной корой кроется мантия — интересная и загадочная оболочка, непосредственно исследовать которую невозможно. На земной поверхности мантия не появляется, глубинным бурением к ней добраться не получится. Что же такое мантия? Из чего она состоит и каким образом её изучают?
Что такое мантия Земли
Мантия Земли — одна из внутренних оболочек планеты, которая расположена между земной корой и ядром. Она имеет более половины массы Земли и занимает более 80% объёма земного шара. Поверхность Мохоровичича является границей между земной корой и мантией. На этой поверхности быстрота сейсмических волн внезапно увеличивается и достигает 8 км/с. Глубина границы Мохоровичича равняется от 7-8 до 70 километров.
Виды мантии Земли
Мантия Земли разделяется на верхнюю и нижнюю мантию. Между ними есть так называемая переходная зона — слой Голицына. Этот слой располагается на глубине около 670 км. Именно на этой глубине происходит резкий скачок скорости волн, а также меняется характер их происхождения. Слой Голицына находится между нижней и наружной мантией.
Строение и слои мантии Земли
О строении мантии наверняка не могут знать даже учёные. Однозначного и конкретного ответа на этот вопрос пока нет. Но так как проводились некоторые исследования, то предположения о строении мантии есть. Мантия состоит из наружного слоя, переходной зоны и нижнего слоя. Каждая из поверхностей мантии имеет свои геофизические и геохимические данные, которые изучались учёными на протяжении десятков, а то и сотен лет.
Состав мантии Земли
Состав мантии установить крайне сложно, как и её строение. Её изучают с помощью тех обломков, которые иногда появляются на поверхности земли. Данный участок внутренней поверхности Земли имеет зеленовато-чёрный цвет. Горные породы в составе являются основными и состоят из железа, магния, кислорода, кальция, кремния. Видимый вид обломков мантии напоминает метеориты из камня, которые иногда падают на Землю.
Вещества, находящиеся в мантии, вязкие и жидкие. Вязкость мантийной породы колеблется от 10 21 до 10 24 Па•с и зависит от глубины. Температура в этой породе очень высокая и иногда достигает не одной тысячи градусов. Мантия находится в постоянном движении, поэтому происходит круговорот породы: некоторые массы охлаждаются и затвердевают, а другие расплавляются под воздействием высоких температур. Этот процесс никогда не останавливается.
Верхняя часть мантии Земли
Наружный слой мантии достигает глубины от 30-40 км до 400 км. Под океанами и материками планеты располагается основная часть верхнего слоя мантии — подкорковая мантия. Она достигает глубины 80 км под океанами и 200-300 км под континентами. Продольные и поперечные сейсмические волны в этом слое плавно набирают скорость, так как происходит давление располагающихся выше толщ породы.
Под подкорковой мантией располагается слой, в котором скорость сейсмических волн постепенно снижается и достигает своего минимума, а на некоторых участках волны совсем не проходят. Учёные считают, что на таких сегментах мантия Земли находится в жидком состоянии. Этот слой в верхней части мантии называется астеносферой. Астеносфера характеризуется снижением скорости и пониженной прочностью.
Внутренняя мантия Земли
Внутренняя (нижняя) мантия начинается после переходного слоя на глубине 670 км. В этой части мантии скорость волн более или менее постоянная, без резких скачков и изменений. Нижняя мантия располагается на глубине от 670 км и до 2700 км. После этой части начинается граница Гуттенберга, которая отделяет мантию от ядра Земли и имеет толщину около 200 км. Учёные считают, что породы в нижней части мантии различны по своему химическому составу и кристаллографии.
Температура мантии Земли
Измерить точную температуру мантии невозможно, поэтому учёные в лабораторных условиях создали похожую среду с помощью аналога самого распространённого материала мантии. Затем его подвергли высокому давлению и температуре. Этот эксперимент постоянно корректировали из-за неправильного содержания воды в синтетическом оливине, который использовали в качестве аналога породы мантии. В конечном итоге всё-таки удалось довести эксперимент до конца и добиться достоверных результатов.
Температура мантии оказалась на 60°C выше, чем изначально считалось. Благодаря экспериментам с плавлением пород удалось достичь отметки 1410°C. Но ученые считают, чем ближе к ядру Земли, тем температура мантии выше и может достигать 4000°C. А возле земной коры ближе к поверхности Земли температура мантии составляет около 900°C.
Давление мантии Земли
Мантия является самым массивным и объёмным слоем планеты и достигает глубины 2890 км, имеет высокую плотность. Её давление рассчитывается, основываясь на плотностной модели Земли. Давление мантии, как и её температура, может отличаться в разных слоях и зависит от глубины. Возле континентальной коры оно равняется 1 ГПа, а в нижних слоях мантии достигает 140 ГПа. Под океанами, как правило, давление спадает.
Движение мантии Земли
Процессы, которые происходят в мантии, напрямую влияют на земную кору и всю поверхность планеты. Все эти движения являются причиной землетрясений, извержения вулканов, образования гор и перемещения материков.
На саму мантию сильно влияет земное ядро, возле которого она расположена. Есть предположение, что земная кора сформировалась из мантии и этот процесс не прекращается. Также учёные считают, что ядро Земли увеличивается за счёт мантии. На их границе происходит резкий скачок плотности и скорости волн.
Корни вулканов уходят в верхний слой мантии. Выход лавы и газов во время извержения тесно связан с процессами, происходящими в наружном слое мантии. Также на деятельность вулканов влияют разрывы в земной коре планеты. Магму, которая движется из глубин вулканов к их поверхности во время извержения, изучить практически невозможно. Более или менее доступна изучению лава, которая в отличие от магмы уже не имеет паров и газов.
Процессы, происходящие в мантии Земли
Под воздействием разницы температур в земной мантии обнаруживается тепловая конвекция. Это означает, что из нижних слоёв некоторые вещества поднимаются в верхние слои мантии. За счёт тепловой конвекции происходит движение литосферных плит.
Предполагается, что движение плит происходит по астеносфере, которая находится в размягчённом состоянии. Астеносферные слои располагаются как по вертикали, так и по горизонтали. Их чередование хорошо фиксируется под континентами на глубине от 100 км.
Способы изучения мантии Земли
Все слои, которые находятся ниже земной коры, очень труднодоступны для изучения. Огромные глубины, высочайшие температуры, прирост плотности и сильное давление существенно снижают возможности для получения информации о мантии и коре планеты.
Некоторые данные учёные получают с помощью фрагментов мантии, алмазов, горных образцов. Но стоит учитывать, что они никогда не заменят породу из глубоких слоёв Земли. Даже если некоторые фрагменты мантии достигают земной коры и выходят на поверхность, они теряют свои прежние свойства и особенности из-за изменения среды, в которой находятся.
На сегодняшний день основным способом изучения мантии Земли являются геофизические данные. Учёные делают свои предположения об особенностях строения мантии, изучая скорость сейсмических волн и электропроводность породы.
До появления сейсмологии знания человечества о строении Земли основывались только на предположениях и догадках. Благодаря этой науке и множеству проведённых исследований, современные знания о строении планеты вышли на новый уровень.
Сейсмические волны образуются в результате разлома породы. На определённых участках происходит высокое напряжение, которое нарушает прочность, и происходит разлом земной коры. Сейсмические волны бывают трёх видов.
Скорость поперечных и продольных волн напрямую зависит от того, в каких именно породах они проходят. Участки прохождения волн отличаются по упругости, плотности, происхождению.
Подземный «океан» в мантии
Учёные пока затрудняются ответить, почему в недрах планеты находится так много воды и как она туда попала. Существует предположение, что она оказалась во внутренних слоях Земли ещё во времена формирования планеты. Ранее геофизики считали, что водные ресурсы проникают в недра планеты из Мирового океана в результате движения литосферных плит, а также наслоения одной плиты на другую. Но количество воды слишком высокое для данного механизма её появления под землёй.
Исследования показывают, что так называемый круговорот воды на планете устроен намного сложнее, чем считалось ранее. В обычном для людей смысле назвать водой вещество, которое называют подземным «океаном», нельзя. Это не совсем та вода, которую человечество привыкло видеть. Этот минерал называется брусит. Он состоит из воды на 79%. Хотя содержание бурсита в мантии Земли равняется примерно 3%, подземный «океан», выйдя на поверхность, охватил бы всю Землю. Это явление считается невероятным и нереальным, если пользоваться только теми знаниями, которыми владеет человечество на данный момент.
Открытие подземных гор
В начале 2019 года на границе Голицына между верхней и нижней мантией геологи обнаружили горы и расщелины. В этом открытии помогли данные, которые были собраны сейсмическими станциями во время землетрясения в Боливии в 1994 году. Оно было такой силы, что волны достигли пограничного слоя между мантиями.
Исследователи сделали вывод, что наличие гор в мантии говорит о сохранности земной коры и наружного слоя мантии в таком виде, который был ещё во время формирования планеты.
Изучение строения Земли — это актуальное направление геологических наук. Отличие в сейсмических характеристиках геосфер создаёт возможность моделировать геодинамические процессы. Благодаря изучению внутренних слоёв планеты стало понятно, что все земные оболочки обладают автономностью.