2.5. Будова Землі.

Середній радіус Землі 6371,1 км. Найглибші свердловини, в яких вивчені нашарування Землі, пробурені в Росії та в Канаді, досягають глибини 12 і 14 км. Найглибша шахта сягає 4,4 км. Із наведених цифр видно наскільки мізерні технічні можливості безпосереднього дослідження глибоких надр Землі людиною.

Інформацію про глибинну будову Землі геологи отримують геофізичними методами, в основному, за допомогою вивчення фізич-них полів планети і швидкості проходження через неї сейсмічних хвиль (пружних коливань). Останні мають здатність сповільнюватись або прискорюватись при проходженні через границі глибинних шарів різної щільності – так звані “хвилеводи”. Фіксування глибин залягання “хвилеводів” у планетарному масштабі дало вченим змогу виділити в Землі основні її сфери: ядро, мантію, астеносферу, літосферу, земну кору (мал.3), основні параметри яких подаються далі за розрахунками Л.П. Зоненшайна та Л.А. Савостіна.

Мал.3. Будова Землі

Ядро Землі за геофізичними даними починається з глибини приблизно 2900 км. Внутрішня його частина ймовірно тверда і утворена із щільної ( до12-13 г/см ³) речовини, близької за складом до залізних метеоритів. Швидкість сейсмічних хвиль у внутрішньому ядрі досягає 11 км/с. В центрі ядра температура оцінюється в 3500-5000 °С, тиск - 350 млрд. Па. Зовнішня оболонка ядра складена речовиною, котра має щільність до 10,0 г/см ³ і різко понижені (до 7,6 км/с ) швидкості поздовжніх сейсмічних хвиль, а поперечні сейсмічні хвилі в цій речовині зовсім не поширюються. Тому вважають, що у зовнішньому ядрі знаходяться розплавлені метали.

Мантія на материках під рівнинами починається з глибин 30-40 км, а під горами - з глибин 50-80 км . У океанах вона фіксується вже на глибинах від 8-10 км нижче поверхні дна. За складом мантія в цілому відповідає кам’яним метеоритам і складається переважно із щільних оксидів магнію, заліза, кремнію. Щільність речовини в мантії зростає з глибиною від 3,3 до 5,5 г/см ³ , температура – від 1200 до 2500°С, тиск на межі з ядром сягає близько 140 млрд. Па. Нижня частина мантії характеризується високими швидкостями поздовжніх сейсмічних хвиль (11,5-13,9 км/с), в той час як у верхній мантії ці хвилі мають швидкість лише 8,1-9 км/с. Границя між нижньою і верхньою мантією знаходиться на глибинах від 400- 800 км і носить назву “шар Голіцина” за іменем одного з основоположників сейсмології Б.Б. Голіцина .

Астеносфера знаходиться у верхній мантії на глибинах в середньому 100-200 км і є зоною підносного пом’якшення, розущіль-нення, пластичності та рухомості порід. В межах даного шару відбувається затухання швидкості поперечних сейсмічних хвиль до 0,2-0,3 км/с. Товщина шару понижених швидкостей досягає 200-300 км. На думку російського академіка В.В. Білоусова, речовина верхньої мантії в цій зоні може плавитись, перетворюючись у високо-температурне місиво - магму, котра утворює своєрідні скупчення - астеносферні діапіри і місцями проникає аж до поверхні Землі.

Літосфера - кам’яна оболонка Землі. Складена розміщеними над астеносферою твердим шаром верхньої мантії та земною корою загальною потужністю 100-200 км. Межа між ними добре фіксується по різкій зміні швидкості поздовжніх сейсмічних хвиль: від 6,7 км/с в земній корі, до 8,1 км/с у верхній мантії. В честь свого першо-відкривача вона отримала назву поверхня ‘Мохоровичича’ або просто поверхня “Мохо”. Мантійна підошва літосфери за складом відповідає перидотитам – щільним (3,3-3,5 г/см ³) гірським породам, котрі місцями знаходяться в серединоокеанічних хребтах, де можливі виступи верхньої мантії на поверхню Землі.

Літосфера не суцільна, а складається з літосферних плит: Євразійської, Африканської, Індо-Австралійської, Антарктичної, Тихоокеанської, Північноамериканської, Південноамериканської та ще кількох менших за розмірами. Плити рухаються, тобто ковзають по поверхні пластичної астеносфери: розходяться і сходяться між собою. Межі розходження літосферних плит проходять по серединно-океанічних хребтах, в котрих краї плит нарощуються новоутвореною океанічною корою. Межі сходження літосферних плит простягаються вздовж активних континентальних окраїн: по глибоководних жолобах і передгірських прогинах та супутніх їм лінійних гірських системах, де краї одних плит занурюються в мантію, а протилежних на них насовуються. На межах розходження та сходження літосферних плит виникають землетруси і відбувається виверження вулканів.

Земна кора – зовнішня оболонка літосфери. На відміну від більш глибоких сфер, вона найкраще вивчена. Середня щільність земної кори складає 2,5-2,9 г/см³. Основну роль в її будові відіграють наступні хімічні елементи (за О.П. Виноградовим):

Кисень 47,00 Калій 2,50

Кремній 29,50 Магній 1,87

Алюміній 8,05 Титан 0,45

Залізо 4,65 Водень 0,15

Кальцiй 2,96 Всі iншi 0,37

Натрiй 2,50 Всього 100,00%

У самородному стані хімічні елементи в земній корі зустрічаються рідко. Здебільшого вони утворюють тверді хімічні неорганічні сполуки – мінерали та агрегатні скупчення мінералів - гірські породи. За місцем розпосюдження і співвідношенням переважаючих гірських порід виділяють два типи земної кори: океанічну кору та материкову, а серед них окремі породні шари.

О к е а н і ч н а к о р а в своїй основі має базальтовий шар, складений широко розповсюдженими гірськими породами – базальтами. На базальтовому залягає осадовий шар, складений кременистими, глинистими, піщаними та карбонатними відкладами. Середня потужність (товщина) океанічної кори близько 5 км.

М а т е р и к о в а к о р а значно потужніша. На рівнинах континентів її середня товщина становить 35 км, а у горах зростає до 50-80 км. Фундаментом материкової кори служать грануліто-базитовий та граніто-гнейсовий шари, складені відповідними крис-талічними породами, котрі виступають на поверхню в древніх ядрах материків – щитах (наприклад в Українському кристалічному щиті). Здебільшого зверху вони покриті верствами осадових відкладів, тобто осадовим шаром.

Потужність останнього на континентах змінюється від нуля до кількох кілометрів і значно зростає в прогинах та гірських областях. Крім того, в горах осадові верстви зібрані в складки і багато разів насунуті одні на одних, утворюючи грандіозні лінійні скупчення у вигляді окремих хребтів, складчастих систем та поясів, наприклад, такі як Альпійсько-Гімалайський складчастий пояс, до якого належать Карпати та Кримські гори.

П и т а н н я д л я с а м о к о н т р о л ю

1. Дайте характеристику положення Землі у Всесвіті.

2. Що таке сила Коріоліса? Як вона обчислюється?

3. Що Ви знаєте про форму Землі? Яке природне (геоморфологічне) значення має форма Землі?

4. Назвіть основні показники, що характеризують розміри Землі.

5. Яке природне значення мають розміри Землі?

6. Як утворилася планета Земля?

7. Що Ви знаєте про методи вивчення глибинної будови Землі?

8. Які особливості будови і складу земної кори?

9. Які особливості будови і складу мантії та ядра Землі?

10. Що таке верхня мантія, астеносфера, літосфера?

2-й змістовий модуль. Породоутворюючі мінерали та гірські породи. Інженерні ґрунти та їх властивості