Struttura e storia geologica della Terra. Nozioni di base sulla geologia

introduzione

Per molti secoli la questione dell'origine della Terra rimase monopolio dei filosofi, poiché il materiale fattuale in quest'area era quasi completamente assente. Le prime ipotesi scientifiche sull'origine della Terra e del sistema solare, basate su osservazioni astronomiche, furono avanzate solo nel XVIII secolo. Da allora non hanno cessato di apparire sempre più nuove teorie, corrispondenti alla crescita delle nostre idee cosmogoniche.

La prima di questa serie fu la famosa teoria formulata nel 1755 dal filosofo tedesco Emmanuel Kant. Kant credeva che il sistema solare fosse nato da una materia primordiale precedentemente dispersa liberamente nello spazio. Le particelle di questa materia si muovevano in direzioni diverse e, scontrandosi tra loro, perdevano velocità. I più pesanti e densi, sotto l'influenza della gravità, si collegavano tra loro formando un coagulo centrale: il Sole, che, a sua volta, attirava particelle più distanti, piccole e leggere.

Nacque così un certo numero di corpi rotanti, le cui traiettorie si intersecarono. Alcuni di questi corpi, inizialmente muovendosi in direzioni opposte, furono infine trascinati in un unico flusso e formarono anelli di materia gassosa, situati approssimativamente sullo stesso piano e ruotanti attorno al Sole nella stessa direzione, senza interferire tra loro. Nuclei più densi si formarono in singoli anelli, verso i quali le particelle più leggere furono gradualmente attratte, formando accumuli sferici di materia; Si formarono così i pianeti, che continuarono a girare attorno al Sole sullo stesso piano degli anelli originari di materia gassosa.

1. Storia della terra

La Terra è il terzo pianeta nel sistema solare a partire dal Sole. Ruota attorno alla stella su un'orbita ellittica (molto vicina a quella circolare) con una velocità media di 29,765 km/s ad una distanza media di 149,6 milioni di km in un periodo di 365,24 giorni. La Terra ha un satellite, la Luna, che orbita attorno al Sole a una distanza media di 384.400 km. L'inclinazione dell'asse terrestre rispetto al piano dell'eclittica è 66033`22``. Il periodo di rotazione del pianeta attorno al proprio asse è di 23 ore 56 minuti 4,1 secondi. La rotazione attorno al proprio asse provoca il cambio del giorno e della notte, mentre l'inclinazione dell'asse e la rivoluzione attorno al Sole provocano il cambio delle stagioni. La forma della Terra è un geoide, approssimativamente un ellissoide triassiale, uno sferoide. Il raggio medio della Terra è 6371.032 km, equatoriale - 6378.16 km, polare - 6356.777 km. La superficie del globo è di 510 milioni di km2, volume - 1.083 * 1012 km2, densità media 5518 kg/m3. La massa della Terra è 5976 * 1021 kg. La terra ha un campo magnetico e un campo elettrico strettamente correlato. Il campo gravitazionale della Terra determina la sua forma sferica e l'esistenza di un'atmosfera.

Secondo i moderni concetti cosmogonici, la Terra si è formata circa 4,7 miliardi di anni fa da materia gassosa sparsa nel sistema protosolare. Come risultato della differenziazione della materia, la Terra, sotto l'influenza del suo campo gravitazionale, in condizioni di riscaldamento dell'interno terrestre, si è formata e ha sviluppato gusci di diversa composizione chimica, stato di aggregazione e proprietà fisiche - la geosfera: nucleo (in al centro), mantello, crosta terrestre, idrosfera, atmosfera, magnetosfera. La composizione della Terra è dominata da ferro (34,6%), ossigeno (29,5%), silicio (15,2%), magnesio (12,7%). La crosta, il mantello e il nucleo interno della Terra sono solidi (la parte esterna del nucleo è considerata liquida). Dalla superficie della Terra verso il centro aumentano la pressione, la densità e la temperatura. La pressione al centro del pianeta è di 3,6 * 1011 Pa, la densità è di circa 12,5 * 103 kg/m3, la temperatura varia da 50.000 a

60000 C. I principali tipi di crosta terrestre sono continentali e oceanici, nella zona di transizione dal continente all'oceano si sviluppa una crosta di struttura intermedia.

La maggior parte della Terra è occupata dall'Oceano Mondiale (361,1 milioni di km2; 70,8%), la superficie terrestre è di 149,1 milioni di km2 (29,2%) e forma sei continenti e isole. Si eleva in media al di sopra del livello degli oceani del mondo di 875 m (l'altezza più alta è 8848 m - Monte Chomolungma), le montagne occupano più di 1/3 della superficie terrestre. I deserti coprono circa il 20% della superficie terrestre, le foreste - circa il 30%, i ghiacciai - oltre il 10%. La profondità media degli oceani del mondo è di circa 3800 m (la profondità massima è 11020 m - la Fossa delle Marianne (fossa) nell'Oceano Pacifico). Il volume d'acqua del pianeta è di 1.370 milioni di km3, la salinità media è di 35 g/l.

L'atmosfera terrestre, la cui massa totale è 5,15 * 1015 tonnellate, è costituita da aria, una miscela principalmente di azoto (78,08%) e ossigeno (20,95%), il resto è vapore acqueo, anidride carbonica, nonché inerti e altri gas. La temperatura massima della superficie terrestre è di 570-580 C (nei deserti tropicali dell'Africa e del Nord America), la minima è di circa -900 C (nelle regioni centrali dell'Antartide).

La formazione della Terra e lo stadio iniziale del suo sviluppo appartengono alla storia pregeologica. L'età assoluta delle rocce più antiche è di oltre 3,5 miliardi di anni. La storia geologica della Terra è divisa in due fasi disuguali: il Precambriano, che occupa circa 5/6 dell'intera cronologia geologica (circa 3 miliardi di anni), e il Fanerozoico, che copre gli ultimi 570 milioni di anni. Circa 3-3,5 miliardi di anni fa, a seguito della naturale evoluzione della materia, sorse la vita sulla Terra e iniziò lo sviluppo della biosfera. La totalità di tutti gli organismi viventi che la abitano, la cosiddetta materia vivente della Terra, ha avuto un impatto significativo sullo sviluppo dell'atmosfera, dell'idrosfera e del guscio sedimentario. Nuovo

un fattore che ha una potente influenza sulla biosfera è l'attività produttiva dell'uomo, apparso sulla Terra meno di 3 milioni di anni fa. L’elevato tasso di crescita della popolazione terrestre (275 milioni di persone nel 1000, 1,6 miliardi di persone nel 1900 e circa 6,3 miliardi di persone nel 1995) e la crescente influenza della società umana sull’ambiente naturale hanno sollevato problemi di uso razionale di tutte le risorse naturali e di conservazione della natura.

2. Modello sismico della struttura della Terra

Un modello ampiamente noto della struttura interna della Terra (dividendola in nucleo, mantello e crosta) è stato sviluppato dai sismologi G. Jeffries e B. Gutenberg nella prima metà del XX secolo. Il fattore decisivo in questo caso è stata la scoperta di una forte diminuzione della velocità di passaggio delle onde sismiche all'interno del globo ad una profondità di 2900 km con un raggio planetario di 6371 km. La velocità di passaggio delle onde sismiche longitudinali direttamente sopra il confine indicato è di 13,6 km/s, mentre sotto è di 8,1 km/s. Questo è il confine tra il mantello e il nucleo.

Di conseguenza, il raggio del nucleo è 3471 km. Il limite superiore del mantello è la sezione sismica di Mohorovicic, individuata dal sismologo jugoslavo A. Mohorovicic (1857-1936) nel lontano 1909. Separa la crosta terrestre dal mantello. A questo punto le velocità delle onde longitudinali che attraversano la crosta terrestre aumentano bruscamente da 6,7-7,6 a 7,9-8,2 km/s, ma ciò avviene a diversi livelli di profondità. Sotto i continenti, la profondità della sezione M (cioè la base della crosta terrestre) è di poche decine di chilometri, e sotto alcune strutture montuose (Pamir, Ande) può raggiungere i 60 km, mentre sotto i bacini oceanici, comprese le acque colonna, la profondità è di soli 10-12 km. In generale, la crosta terrestre in questo schema appare come un guscio sottile, mentre il mantello si estende in profondità per il 45% del raggio terrestre.

Ma a metà del 20° secolo, le idee sulla struttura profonda più dettagliata della Terra sono entrate nella scienza. Sulla base di nuovi dati sismologici, è risultato possibile dividere il nucleo in interno ed esterno e il mantello in inferiore e superiore (Fig. 1). Questo modello, divenuto molto diffuso, è utilizzato ancora oggi. È stato avviato dal sismologo australiano K.E. Bullen, che all'inizio degli anni '40 propose uno schema per dividere la Terra in zone, che designò con lettere: A - crosta terrestre, B - zona nella profondità di 33-413 km, C - zona 413-984 km, D - zona 984-2898 km , D - 2898-4982 km, F - 4982-5121 km, G - 5121-6371 km (centro della Terra). Queste zone differiscono nelle caratteristiche sismiche. Successivamente divise la zona D in zone D" (984-2700 km) e D" (2700-2900 km). Attualmente questo schema è stato significativamente modificato e in letteratura è ampiamente utilizzato solo lo strato D”. La sua caratteristica principale è una diminuzione dei gradienti di velocità sismica rispetto alla regione del mantello sovrastante.

Il nucleo interno, che ha un raggio di 1225 km, è solido e ha un'elevata densità di 12,5 g/cm3. Il nucleo esterno è liquido, la sua densità è di 10 g/cm3. Al confine tra nucleo e mantello si verifica un brusco salto non solo nella velocità delle onde longitudinali, ma anche nella densità. Nel mantello diminuisce a 5,5 g/cm3. Lo strato D, che è a diretto contatto con il nucleo esterno, ne è influenzato, poiché le temperature nel nucleo superano notevolmente quelle del mantello. In alcuni punti, questo strato genera enormi flussi di calore e di massa diretti verso la superficie terrestre attraverso il nucleo esterno. mantello, detti pennacchi, che possono manifestarsi sul pianeta sotto forma di grandi aree vulcaniche, come nelle Isole Hawaii, in Islanda e in altre regioni.

Il limite superiore dello strato D" è incerto; il suo livello dalla superficie del nucleo può variare da 200 a 500 km o più. Pertanto, è possibile

concludere che questo strato riflette la fornitura irregolare e di diversa intensità di energia centrale alla regione del mantello.

Il confine del mantello inferiore e superiore nello schema in esame è la sezione sismica giacente ad una profondità di 670 km. Ha una distribuzione globale ed è giustificata da un salto delle velocità sismiche nella direzione del loro aumento, nonché da un aumento della densità della materia nel mantello inferiore. Questa sezione è anche il confine dei cambiamenti nella composizione minerale delle rocce nel mantello.

Pertanto il mantello inferiore, compreso tra 670 e 2900 km di profondità, si estende lungo il raggio terrestre per 2230 km. Il mantello superiore presenta una sezione sismica interna ben documentata, passando ad una profondità di 410 km. Quando si attraversa questo confine dall'alto verso il basso, le velocità sismiche aumentano notevolmente. Qui, come al limite inferiore del mantello superiore, si verificano trasformazioni minerali significative.

La parte superiore del mantello superiore e la crosta terrestre sono collettivamente distinte come litosfera, che è il guscio solido superiore della Terra, in contrapposizione all'idrosfera e all'atmosfera. Grazie alla teoria della tettonica a placche litosferiche si è diffuso il termine “litosfera”. La teoria presuppone il movimento delle placche attraverso l'astenosfera: uno strato profondo ammorbidito, in parte, forse, liquido di bassa viscosità. Tuttavia, la sismologia non mostra un'astenosfera spazialmente coerente. Per molte aree sono stati individuati più strati astenosferici posti verticalmente, nonché le loro discontinuità orizzontali. La loro alternanza è particolarmente chiaramente registrata all'interno dei continenti, dove la profondità degli strati astenosferici (lenti) varia da 100 km a molte centinaia.

Sotto le depressioni abissali oceaniche, lo strato astenosferico si trova a una profondità di 70-80 km o meno. Di conseguenza, il limite inferiore della litosfera è in realtà incerto, e questo crea grandi difficoltà alla teoria della cinematica delle placche litosferiche, come notato da molti ricercatori. Queste sono le idee di base sulla struttura della Terra che si sono sviluppate fino ad oggi. Successivamente, passiamo ai dati più recenti riguardanti i confini sismici profondi, che forniscono le informazioni più importanti sulla struttura interna del pianeta.

3. Struttura geologica della Terra

La storia della struttura geologica della Terra è solitamente rappresentata sotto forma di stadi o fasi che appaiono successivamente. Il tempo geologico viene conteggiato dall'inizio della formazione della Terra.

Fase 1(4,7 – 4 miliardi di anni). La terra è formata da gas, polvere e planetesimi. Come risultato dell'energia rilasciata durante il decadimento degli elementi radioattivi e la collisione dei planetesimi, la Terra si sta gradualmente riscaldando. La caduta di un meteorite gigante sulla Terra provoca l'espulsione del materiale da cui si forma la Luna.

Secondo un altro concetto, la Proto-Luna, situata in una delle orbite eliocentriche, fu catturata dalla Proto-Terra, dando luogo alla formazione del sistema binario Terra-Luna.

Il degasaggio della Terra porta all'inizio della formazione di un'atmosfera costituita principalmente da anidride carbonica, metano e ammoniaca. Al termine della fase in esame, a causa della condensazione del vapore acqueo, inizia la formazione dell'idrosfera.

Fase 2(4 – 3,5 miliardi di anni). Appaiono le prime isole, protocontinenti, composte da rocce contenenti principalmente silicio e alluminio. I protcontinenti si elevano leggermente al di sopra degli oceani ancora molto superficiali.

Fase 3(3,5 – 2,7 miliardi di anni). Il ferro si raccoglie al centro della Terra e forma il suo nucleo liquido, che dà origine alla magnetosfera. Vengono creati i prerequisiti per la comparsa dei primi organismi, i batteri. La formazione della crosta continentale continua.

Fase 4(2,7 – 2,3 miliardi di anni). Si forma un unico supercontinente. Pangea, a cui si oppone il superoceano Panthalassa.

Fase 5(2,3 – 1,5 miliardi di anni). Il raffreddamento della crosta e della litosfera porta alla disintegrazione del supercontinente in blocchi di microplacche, gli spazi tra i quali sono pieni di sedimenti e vulcani. Di conseguenza, sorgono sistemi a superficie piegata e si forma un nuovo supercontinente: Pangea I. Il mondo organico è rappresentato da alghe blu-verdi, la cui attività fotosintetica contribuisce all'arricchimento dell'atmosfera con ossigeno, che porta all'ulteriore sviluppo del mondo organico.

Fase 6(1700 – 650 milioni di anni). Si verifica la distruzione di Pangea I, la formazione di bacini con crosta di tipo oceanico. Si formano due supercontinenti: Gondavana, che comprende Sud America, Africa, Madagascar, India, Australia, Antartide e Laurasia, che comprende Nord America, Groenlandia, Europa e Asia (esclusa l'India). Gondwana e Laurasia sono separate dal Mare delle Cince. Iniziano le prime ere glaciali. Il mondo organico si sta rapidamente saturando di organismi multicellulari e non scheletrici. Appaiono i primi organismi scheletrici (trilobiti, molluschi, ecc.). si verifica la formazione di olio.

Fase 7(650 – 280 milioni di anni). La cintura montuosa degli Appalachi in America collega Gondwana con Laurasia - si forma Pangea II. I contorni sono indicati

Oceani paleozoici: Paleoatlantico, Paleo-Tetide, Paleo-Asiatico. Gondwana è stata coperta due volte dalla glaciazione. Appaiono i pesci e più tardi gli anfibi. Le piante e gli animali vengono sulla terra. Inizia la formazione intensiva del carbone.

Fase 8(280 – 130 milioni di anni). La Pangea II è penetrata da una rete sempre più fitta di barriere coralline continentali, tratti di crosta terrestre simili a fessure e fossati. Inizia la scissione del supercontinente. L'Africa è separata dal Sud America e dall'Indostan, e quest'ultimo dall'Australia e dall'Antartide. L’Australia finalmente si separa dall’Antartide. Le angiosperme colonizzano vaste aree di terreno. Il mondo animale è dominato da rettili e anfibi, compaiono uccelli e mammiferi primitivi. Alla fine del periodo morirono molti gruppi di animali, inclusi enormi dinosauri. Le cause di questi fenomeni sono solitamente riscontrabili nella collisione della Terra con un grande asteroide o in un forte aumento dell'attività vulcanica. Entrambi potrebbero portare a cambiamenti globali (aumento del contenuto di anidride carbonica nell’atmosfera, verificarsi di grandi incendi, incenerimento), incompatibili con l’esistenza di molte specie animali.

Fase 9(130 milioni di anni – 600mila anni). La configurazione generale dei continenti e degli oceani sta subendo grandi cambiamenti; in particolare, l'Eurasia è separata dal Nord America, l'Antartide è separata dal Sud America. La distribuzione dei continenti e degli oceani è diventata molto vicina a quella moderna. All'inizio del periodo in esame, il clima su tutta la Terra è caldo e umido. La fine del periodo è caratterizzata da forti contrasti climatici. Dopo la glaciazione dell'Antartide, si verifica la glaciazione dell'Artico. Sta emergendo una fauna e una flora vicine a quelle moderne. Appaiono i primi antenati dell'uomo moderno.

Fase 10(modernità). Tra la litosfera e il nucleo terrestre, i flussi di magma salgono e scendono, sfondando le fessure della crosta verso l'alto. Frammenti di crosta oceanica affondano fino al nucleo, per poi galleggiare verso l'alto e possibilmente formare nuove isole. Le placche litosferiche entrano in collisione tra loro e sono costantemente influenzate dai flussi di magma. Dove le placche si allontanano si formano nuovi segmenti della litosfera. Esiste un costante processo di differenziazione della materia terrestre, che trasforma lo stato di tutti i gusci geologici della Terra, compreso il nucleo.

Conclusione

La Terra è individuata dalla natura stessa: nel sistema solare, solo su questo pianeta esistono forme di vita sviluppate, solo su questo pianeta l'ordinamento locale della materia ha raggiunto un livello insolitamente alto, continuando la linea generale di sviluppo della materia. È sulla Terra che è stata superata la fase più complessa dell'autorganizzazione, segnando un profondo salto qualitativo verso forme di ordine più elevate.

La Terra è il pianeta più grande del suo gruppo. Ma, come mostrano le stime, anche tali dimensioni e massa risultano essere il minimo al quale il pianeta è in grado di mantenere la sua atmosfera gassosa. La Terra sta perdendo intensamente idrogeno e alcuni altri gas leggeri, il che è confermato dalle osservazioni del cosiddetto pennacchio terrestre.

L'atmosfera terrestre è fondamentalmente diversa dalle atmosfere di altri pianeti: ha un basso contenuto di anidride carbonica, un alto contenuto di ossigeno molecolare e un contenuto relativamente elevato di vapore acqueo. Due ragioni creano l'isolamento dell'atmosfera terrestre: l'acqua degli oceani e dei mari assorbe bene l'anidride carbonica e la biosfera satura l'atmosfera con l'ossigeno molecolare formato durante il processo di fotosintesi delle piante. I calcoli mostrano che se liberassimo tutta l'anidride carbonica assorbita e legata negli oceani, rimuovendo contemporaneamente dall'atmosfera tutto l'ossigeno accumulato a seguito della vita delle piante, la composizione dell'atmosfera terrestre nelle sue caratteristiche principali diventerebbe simile a la composizione delle atmosfere di Venere e Marte.

Nell'atmosfera terrestre, il vapore acqueo saturo crea uno strato nuvoloso che copre una parte significativa del pianeta. Le nuvole della Terra sono un elemento importante nel ciclo dell'acqua che si verifica sul nostro pianeta nel sistema idrosfera-atmosfera-terra.

Oggi sulla Terra si verificano attivamente processi tettonici; la sua storia geologica è lungi dall'essere completa. Di tanto in tanto, gli echi dell'attività planetaria si manifestano con tale forza da provocare shock catastrofici locali che colpiscono la natura e la civiltà umana. I paleontologi affermano che nella prima giovinezza della Terra la sua attività tettonica era ancora più elevata. La moderna topografia del pianeta si è sviluppata e continua a cambiare sotto l'influenza dell'azione combinata di processi tettonici, idrosferici, atmosferici e biologici sulla sua superficie.

Bibliografia

V.F. Tulinov “Concetti di scienze naturali moderne”: Libro di testo per le università - M.: UNITY-DANA, 2004.

AV. Byalko “Il nostro pianeta - Terra” - M. Nauka, 1989

G.V. Voitkevich “Fondamenti della teoria dell'origine della Terra” - M Nedra, 1988.

Enciclopedia fisica. Tt. 1-5. – M. Grande Enciclopedia Russa, 1988-1998.

Introduzione…………………………..3

Storia della Terra……………………………4

Modello sismico della struttura della Terra............................6

Struttura geologica della Terra...................................................................9

Conclusione…………………..……………..13

Riferimenti……………………………15

ISTITUTO DI ECONOMIA E IMPRENDITORIALITÀ

Extramurale

ASTRATTO

Sul tema “Concetti della scienza naturale moderna” Terra La Terra e il Sole sono il principale fattore di vita sul pianeta TerraRiassunto >> Biologia

1. Terra e il suo posto nell'Universo Terra. Forma, dimensione e rilievo. Interno struttura. Luna. Terra, terzo... 384400 km. Internamente struttura Il ruolo principale nello studio degli interni edifici Terra i metodi sismici giocano...

Il contenuto dell'articolo

TERRENO EDIFICABILE. Il pianeta Terra è costituito da un guscio sottile e duro (crosta 10–100 km di spessore), circondato da una idrosfera acquatica spessa e densa atmosfera. L'interno della Terra è diviso in tre regioni principali: la crosta, il mantello e il nucleo. La crosta terrestre è la parte superiore del guscio solido della Terra, con uno spessore che varia da uno (sotto gli oceani) a diverse decine di chilometri. (sotto i continenti). È composto da strati sedimentari e minerali e rocce ben noti. I suoi strati più profondi sono costituiti da vari basalti. Sotto la crosta c'è uno strato duro di silicato (presumibilmente costituito da olivina) chiamato mantello, Spessore 1-3mila km, circonda la parte liquida del nucleo, la cui parte centrale con un diametro di circa 2000 km è solida.

Atmosfera.

La Terra, come la maggior parte degli altri pianeti, è circondata da un involucro gassoso, un'atmosfera composta principalmente da azoto e ossigeno. Nessun altro pianeta ha un'atmosfera con la stessa composizione chimica di quella terrestre. Si ritiene che sia nato come risultato di una lunga evoluzione chimica e biologica. L'atmosfera terrestre è divisa in diverse regioni in base ai cambiamenti di temperatura, composizione chimica, stato fisico e grado di ionizzazione delle molecole e degli atomi dell'aria. Gli strati densi e traspiranti dell'atmosfera terrestre non hanno uno spessore superiore a 4-5 km. Più in alto l'atmosfera è molto rarefatta: la sua densità diminuisce circa tre volte ogni 8 km di salita. In questo caso, la temperatura dell'aria diminuisce prima nella troposfera a 220 K, ma ad un'altitudine di diverse decine di chilometri nella stratosfera inizia ad aumentare fino a 270 K ad un'altitudine di circa 50 km, dove il confine con lo strato successivo dell'atmosfera passa - mesosfera(atmosfera media). L'aumento della temperatura nell'alta stratosfera avviene a causa dell'effetto riscaldante della radiazione solare ultravioletta e dei raggi X qui assorbita, che non penetra negli strati inferiori dell'atmosfera. Nella mesosfera la temperatura diminuisce nuovamente fino a quasi 180 K, dopodiché al di sopra dei 180 km termosfera la sua fortissima crescita inizia fino a valori superiori a 1000 K. Ad altitudini superiori a 1000 km la termosfera si trasforma in esosfera , da cui avviene la dissipazione dei gas atmosferici nello spazio interplanetario. Un aumento della temperatura è associato alla ionizzazione dei gas atmosferici: la comparsa di strati elettricamente conduttivi, generalmente chiamati ionosfera terrestre.

Idrosfera.

Una caratteristica importante della Terra è la grande quantità di acqua, costantemente presente in proporzioni diverse in tutti e tre gli stati di aggregazione: gassosa (vapore acqueo nell'atmosfera), liquida (fiumi, laghi, mari, oceani e, in misura minore, nell'atmosfera) e solidi (neve e ghiaccio), soprattutto nel ghiacciaio X). Grazie al bilancio idrico, la quantità totale di acqua sulla Terra deve essere mantenuta. L'oceano mondiale occupa la maggior parte della superficie terrestre (361,1 milioni di km 2 ovvero il 70,8% della superficie terrestre), la sua profondità media è di circa 3800 m, la maggiore è di 11.022 m (Fossa delle Marianne nell'Oceano Pacifico), il volume dell'acqua è di 1370 milioni di km 3, salinità media 35 g/l. L'area dei ghiacciai moderni rappresenta circa l'11% della superficie terrestre, ovvero 149,1 milioni di km 2 (» 29,2%). La terra si eleva sopra il livello dell'Oceano Mondiale in media di 875 m (l'altezza più alta è 8848 m - la vetta del Chomolungma nell'Himalaya). Si ritiene che l'esistenza di rocce sedimentarie, la cui età (secondo l'analisi dei radioisotopi) supera i 3,7 miliardi di anni, serva come prova dell'esistenza di vasti specchi d'acqua sulla Terra già in quella lontana era in cui, presumibilmente, i primi esseri viventi apparvero gli organismi.

Oceano mondiale.

Gli oceani del mondo sono convenzionalmente divisi in quattro oceani. Il più grande e il più profondo è l'Oceano Pacifico. Con una superficie di 178,62 milioni di km2, occupa la metà dell'intera superficie acquatica della Terra. La sua profondità media (3980 m) è maggiore della profondità media dell'Oceano Mondiale (3700 m). All'interno dei suoi confini si trova anche la fossa più profonda: Mariana (11.022 m). Più della metà del volume d'acqua nell'Oceano Mondiale è concentrato nell'Oceano Pacifico (710,4 su 1341 milioni di km 3). Il secondo più grande è l'Oceano Atlantico. La sua superficie è di 91,6 milioni di km 2, la profondità media è di 3600 m, la maggiore è di 8742 m (nella zona di Porto Rico), il volume è di 329,7 milioni di km 3. Il prossimo per grandezza è l'Oceano Indiano, che occupa un'area di 76,2 milioni di km 2, una profondità media di 3710 m, la profondità massima di 7729 m (vicino alle Isole della Sonda) e un volume d'acqua di 282,6 milioni di km 3. Il più piccolo e freddo Oceano Artico, con una superficie di soli 14,8 milioni di km2. Occupa il 4% degli oceani mondiali), ha una profondità media di 1220 m (la maggiore è di 5527 m) e un volume d'acqua di 18,1 milioni di km 3. A volte il cosiddetto Oceano Antartico (nome convenzionale per le parti meridionali degli oceani Atlantico, Indiano e Pacifico adiacenti al continente Antartico). Gli oceani includono i mari. Per la vita della Terra, il ciclo costante dell'acqua (ciclo dell'umidità) gioca un ruolo enorme. Questo è un processo chiuso e continuo di movimento dell'acqua nell'atmosfera, nell'idrosfera e nella crosta terrestre, costituito da evaporazione, trasferimento di vapore acqueo nell'atmosfera, condensazione del vapore, precipitazione e flusso d'acqua nell'oceano mondiale. In questo unico processo, c'è una continua transizione dell'acqua dalla superficie terrestre all'atmosfera e ritorno.

Corrente del Golfo(Corrente del Golfo inglese) è un sistema di correnti calde nella parte settentrionale dell'Oceano Atlantico, che si estende per 10mila km dalle rive della penisola della Florida alle isole di Spitsbergen e Novaya Zemlya. Velocità da 6–10 km/h nello Stretto della Florida a 3–4 km/h nell'area del B. Newfoundland Bank, temperatura dell'acqua superficiale rispettivamente da 24–28 a 10–20 ° C Il flusso d'acqua medio nello Stretto della Florida è di 25 milioni di m 3/s (20 volte il flusso d'acqua totale di tutti i fiumi del globo). La Corrente del Golfo si trasforma nella Corrente del Nord Atlantico (40° O), che, sotto l'influenza dei venti occidentali e sud-occidentali, segue le coste della penisola scandinava, influenzando il clima dell'Europa.

El Nino- una calda corrente equatoriale del Pacifico che si verifica ogni pochi anni. Negli ultimi 20 anni sono stati osservati cinque cicli Elniño attivi: 1982–1983, 1986–1987, 1991–1993, 1994–1995 e 1997–1998, cioè in media ogni 3-4 anni.

Durante gli anni non Elniño, lungo tutta la costa del Pacifico del Sud America, a causa del sollevamento costiero delle acque fredde e profonde causato dalla corrente fredda superficiale peruviana, la temperatura superficiale dell'oceano oscilla entro uno stretto intervallo stagionale - da 15 ° C a 19 ° C. Durante il periodo Elniño, la temperatura della superficie dell'oceano nella zona costiera aumenta di 6–10° C. Durante il periodo Elniño, nella regione dell'equatore, questa corrente si riscalda più del solito. Pertanto, gli alisei si indeboliscono o non soffiano affatto. L'acqua riscaldata, diffondendosi ai lati, risale verso la costa americana. Appare una zona di convezione anomala e piogge e uragani colpiscono l'America centrale e meridionale. Il riscaldamento globale potrebbe portare a conseguenze catastrofiche nel prossimo futuro. Intere specie di animali e piante stanno morendo perché non hanno il tempo di adattarsi ai cambiamenti climatici. A causa dello scioglimento dei ghiacci polari, il livello del mare potrebbe innalzarsi anche di un metro e ci sarebbero meno isole. Il riscaldamento potrebbe raggiungere gli 8 gradi entro un secolo.

Condizioni meteorologiche anomale sul globo durante gli anni di Elnino. Ai tropici si registra un aumento delle precipitazioni nelle aree a est dell’Oceano Pacifico centrale e una diminuzione nell’Australia settentrionale, in Indonesia e nelle Filippine. Nel periodo dicembre-febbraio si osservano precipitazioni superiori alla norma sulla costa dell'Ecuador, nel Perù nordoccidentale, nel Brasile meridionale, nell'Argentina centrale e nella parte equatoriale orientale dell'Africa, e nel periodo giugno-agosto negli Stati Uniti occidentali e nel Cile centrale. .

Gli eventi di Elniño sono anche responsabili di anomalie della temperatura dell’aria su larga scala in tutto il mondo. Durante questi anni si verificano notevoli aumenti di temperatura. Condizioni più calde del normale nel periodo dicembre-febbraio si sono verificate sull’Asia sudorientale, sulle Primorye, sul Giappone, sul Mar del Giappone, sull’Africa sudorientale e sul Brasile e sull’Australia sudorientale. Temperature superiori alla norma si osservano anche in giugno-agosto lungo la costa occidentale del Sud America e nel sud-est del Brasile. Gli inverni più freddi (dicembre-febbraio) si verificano sulla costa sud-occidentale degli Stati Uniti.

Laninho. Lanino, a differenza di Elniño, si manifesta come una diminuzione della temperatura dell'acqua superficiale nell'Oceano Pacifico tropicale orientale. Tali fenomeni sono stati osservati nel 1984–1985, 1988–1989 e 1995–1996. Durante questo periodo, nell'Oceano Pacifico orientale inizia un clima insolitamente freddo. I venti spostano la zona di acqua calda e la “lingua” di acqua fredda si estende per 5000 km, nella zona dell'Ecuador - Isole Samoa, esattamente nel luogo dove durante Elniño dovrebbe esserci una cintura di acque calde. Durante questo periodo si osservano forti piogge monsoniche in Indocina, India e Australia. I paesi dei Caraibi e degli Stati Uniti soffrono di siccità e tornado.

Condizioni meteorologiche anomale sul globo durante gli anni di Laninho. Durante i periodi Laniño, le precipitazioni aumentano sul Pacifico equatoriale occidentale, Indonesia e Filippine, mentre sono quasi del tutto assenti sulla parte orientale dell'oceano. La maggior parte delle precipitazioni cade tra dicembre e febbraio nella parte settentrionale del Sud America e sul Sud Africa, e tra giugno e agosto sull'Australia sud-orientale. Condizioni più secche si verificano sulla costa dell'Ecuador, sul Perù nordoccidentale e sull'Africa orientale equatoriale nel periodo dicembre-febbraio, e sul Brasile meridionale e sull'Argentina centrale nel periodo giugno-agosto. Ci sono deviazioni su larga scala dalla norma in tutto il mondo. C’è il maggior numero di aree con condizioni anormalmente fresche, come inverni freddi in Giappone e nelle Isole Marittime, nell’Alaska meridionale e nel Canada centro-occidentale, così come estati fresche nell’Africa sud-orientale, in India e nel sud-est asiatico. Inverni più caldi stanno arrivando negli Stati Uniti sudoccidentali.

Lanino, come Elniño, si verifica più spesso da dicembre a marzo. La differenza è che Elniño si verifica in media una volta ogni tre o quattro anni, mentre Lanino si verifica una volta ogni sei-sette anni. Entrambi gli eventi portano con sé un numero maggiore di uragani, ma durante Laniño ce ne sono da tre a quattro volte più che durante Elnino.

Secondo recenti osservazioni, l’affidabilità di un attacco Elniño o Lanino può essere determinata se:

1. Vicino all'equatore, nella parte orientale dell'Oceano Pacifico, si forma una zona d'acqua più calda del normale nel caso di Elniño e di acqua più fredda nel caso di Lanino.

2. Se la pressione atmosferica nel porto di Darwin (Australia) tende a diminuire e sull'isola di Tahiti ad aumentare, si prevede Elnino. Altrimenti toccherà a Laninho.

Elniño e Lanino sono le manifestazioni più pronunciate della variabilità climatica annuale globale. Rappresentano cambiamenti di temperatura su larga scala oceano, precipitazioni, circolazione atmosferica, movimenti d'aria verticali sull'Oceano Pacifico tropicale.

Ghiacciai.

Mantello.

Tra la crosta e il nucleo della Terra c'è un guscio o mantello di silicato (principalmente olivina). Terra, in cui la sostanza si trova in uno speciale stato plastico, amorfo, vicino allo stato fuso (il mantello superiore ha uno spessore di circa 700 km). Manto interno di circa 2000 km di spessore si trova allo stato solido cristallino. Il mantello occupa circa l'83% del volume dell'intera Terra e rappresenta fino al 67% della sua massa. Il limite superiore del mantello segue il confine della superficie Mohorovicic a varie profondità - da 5-10 a 70 km, e quella inferiore - al confine con il nucleo ad una profondità di circa 2900 km.

Nucleo.

Avvicinandosi al centro, la densità della sostanza aumenta e la temperatura aumenta. La parte centrale del globo, fino a circa la metà del raggio, è un denso nucleo di ferro-nichel con una temperatura di 4-5mila Kelvin, la cui parte esterna è fusa e passa nel mantello. Si presume che la temperatura al centro della Terra sia più alta che nell'atmosfera del Sole. Ciò significa che la Terra ha fonti di calore interne.

La crosta terrestre relativamente sottile (più sottile e più densa sotto gli oceani che sotto i continenti) costituisce la copertura esterna, che è separata dal mantello sottostante dal confine di Mohorovicic. Il materiale più denso costituisce il nucleo della Terra, apparentemente costituito da metalli. La crosta, il mantello interno e il nucleo interno sono solidi, mentre il nucleo esterno è liquido.

Edoardo Kononovich

Il principale oggetto di studio della geologia è la crosta terrestre, il guscio duro esterno della Terra, che è della massima importanza per la vita e l'attività umana. Quando studiano la composizione, la struttura e la storia dello sviluppo della Terra e della crosta terrestre, in particolare, i geologi utilizzano: osservazioni; esperienza o esperimento, compresi vari metodi di ricerca, sia propri che quelli utilizzati in altre scienze naturali, ad esempio fisico-chimiche, biologiche, ecc.; modellazione; metodo delle analogie; analisi teorica; costruzioni logiche (ipotesi), ecc.

In questa sezione viene trattata l'origine della Terra, la sua forma e struttura, composizione, storia dello sviluppo della crosta terrestre (geocronologia); movimenti tettonici della crosta terrestre, forme della superficie (rilievo).

ORIGINE, FORMA E STRUTTURA DELLA TERRA ORIGINE DELLA TERRA

Il sistema solare è costituito da corpi celesti. Comprende: il Sole, nove pianeti maggiori, inclusa la Terra, e decine di migliaia di pianeti minori, comete e molti meteoroidi. Il sistema solare è un mondo complesso e diversificato, lungi dall’essere esplorato.

La questione dell'origine della Terra è la questione più importante nelle scienze naturali. Per più di 100 anni è stata riconosciuta l'ipotesi di Kant-Laplace, secondo la quale il sistema solare era formato da un'enorme nebulosa simile a gas caldo, rotante

asse attorno ad un asse, e la Terra era prima allo stato liquido, e poi divenne un corpo solido.

L'ulteriore sviluppo della scienza ha mostrato l'incoerenza di questa ipotesi. Negli anni '40 del XX secolo. acad. O.Yu. Schmidt avanzò una nuova ipotesi sull'origine dei pianeti del Sistema Solare, inclusa la Terra, secondo la quale il Sole nel suo cammino attraversò e catturò uno degli accumuli di polvere della Galassia, quindi i pianeti non si formarono da gas caldi , ma dalle particelle di polvere che ruotano attorno al Sole. In questo ammasso, nel tempo, sono sorti ammassi compattati di materia, dando origine ai pianeti.

Terra, secondo O.Yu. Schmidt, inizialmente aveva freddo. Il riscaldamento delle sue profondità iniziò quando raggiunse grandi dimensioni. Ciò avveniva a causa del rilascio di calore a seguito del decadimento delle sostanze radioattive in esso presenti. L'interno della Terra ha acquisito uno stato plastico, le sostanze più dense si sono concentrate più vicino al centro del pianeta, quelle più leggere alla sua periferia. La Terra si separò in gusci separati. Secondo l'ipotesi di O.Yu. Schmidt, la separazione continua fino ai giorni nostri. Secondo alcuni scienziati, questa è proprio la causa principale dei movimenti della crosta terrestre, cioè la causa dei processi tettonici.

Merita attenzione l’ipotesi di V.G. Fesenkov, che crede che i processi nucleari avvengano nelle profondità delle stelle, compreso il Sole. Durante un periodo, ciò ha portato ad una rapida compressione e ad un aumento della velocità di rotazione del Sole. In questo caso si formò una lunga sporgenza, che poi si spezzò e si disintegrò in pianeti separati. Una revisione delle ipotesi sull'origine della Terra e lo schema più probabile della sua origine sono discussi in dettaglio nel libro di I.I. Potapov “Geologia ed ecologia oggi” (1999).

UN BREVE CENNO DELL'EVOLUZIONE GLOBALE DELLA TERRA

L'origine dei pianeti del sistema solare e la loro evoluzione sono stati studiati attivamente nel XX secolo. nelle opere fondamentali di O.Yu. Schmidt, V.S. Safronov, X. Alven e G. Arrhenius, A.V. Vityazev, A. Gingwood, V.E. Khaina, O.G. Sorokhtina, S.A. Umanova, L.M. Naimark, V. Elsasser, N.A. Bozhko, A. Smith, J. Jurajden e altri Secondo i moderni concetti cosmologici stabiliti da O.Yu. Schmidt, la Terra e la Luna, così come altri pianeti del Sistema Solare, si sono formati a causa dell'accrescimento (adesione e ulteriore crescita) di particelle solide di una nube protoplanetaria di gas e polvere. Nella prima fase, la crescita della Terra procedette in modalità di accrescimento accelerato, ma quando le riserve di materia solida nello sciame di planetesimi vicini alla Terra nella nube protoplanetaria furono esaurite, questa crescita rallentò gradualmente. Il processo di accrescimento della Terra è stato accompagnato dal rilascio di una quantità colossale di energia gravitazionale, circa 23,3 10 erg. Una tale quantità di energia era in grado non solo di sciogliere la sostanza, ma anche di dissolverla, ma la maggior parte di questa energia veniva rilasciata nella parte vicina alla superficie della Proto-Terra e andava persa sotto forma di radiazione termica. Ci sono voluti 100 milioni di anni perché la Terra si formasse fino al 99% della sua massa attuale.

Nella prima fase, la giovane Terra, subito dopo la sua formazione, era un corpo relativamente freddo, e la temperatura del suo interno non superava il punto di fusione della sostanza terrestre, a causa del fatto che durante la formazione del pianeta c'era non solo il riscaldamento dovuto alla caduta dei planetesimi, ma anche il raffreddamento dovuto alla perdita di calore nello spazio circostante, inoltre la Terra aveva una composizione omogenea. L'ulteriore evoluzione della Terra è determinata dalla sua composizione, dalle riserve di calore e dalla storia dell'interazione con la Luna. L'influenza della composizione si avverte principalmente attraverso l'energia di decadimento degli elementi radioattivi e la differenziazione gravitazionale della materia terrestre.

Prima della formazione del sistema planetario, il Sole era una gigante rossa quasi classica. Stelle di questo tipo, a seguito di reazioni nucleari interne di combustione dell'idrogeno, formano elementi chimici più pesanti con il rilascio di enormi quantità di energia e l'emergere di una forte pressione luminosa dalla superficie all'atmosfera gassosa. Come risultato degli effetti combinati di questa pressione e dell'enorme gravità, l'atmosfera della stella subì un'alternanza di compressione ed espansione. Questo processo, in condizioni di aumento dinamico della massa del guscio gassoso, continuò finché, a seguito della risonanza, il guscio gassoso esterno, staccato dal Sole, si trasformò in una nebulosa planetaria.

Sotto l'influenza del campo magnetico della stella, la materia ionizzata della nebulosa planetaria subì la separazione elettromagnetica degli elementi chimici che la compongono. La progressiva perdita di energia termica e di carica elettrica dei gas li ha portati a restare uniti. Allo stesso tempo, sotto l'influenza del campo magnetico della stella, fu assicurato l'effettivo trasferimento della coppia rotazionale ai planetesimi formatisi a seguito dell'accrescimento, che servì da inizio alla formazione di tutti i pianeti del sistema solare . Quando gli elementi chimici ionizzati perdevano carica, si trasformavano in molecole che reagivano tra loro, formando i composti chimici più semplici: idruri, carburi, ossidi, cianuri, solfuri e cloruri di ferro, ecc.

Il processo di graduale compattazione, riscaldamento e ulteriore differenziazione della materia nei pianeti formatisi è avvenuto con la cattura di particelle dallo spazio circostante. Al centro del protopianeta in formazione, i metalli erano concentrati a causa della separazione gravitazionale della materia. Carburi di ferro e nichel, solfuro di ferro e ossidi di ferro si accumulano intorno a questa zona. Si formò così un nucleo liquido esterno, che nel suo guscio conteneva idruri e ossidi di silicio e alluminio, acqua, metano, idrogeno, ossidi di magnesio, potassio, sodio, calcio e altri composti. In questo caso, si è verificata la fusione zonale del guscio risultante, la superficie si è contratta e il volume del pianeta è diminuito. Le fasi successive furono la formazione del mantello, della protocrosta e lo scioglimento dell'astenosfera. La protocrosta risultava frammentata a causa della già citata riduzione di volume e di superficie. A causa di ciò furono colati in superficie dei basalti che, dopo essersi raffreddati, sprofondarono nuovamente nella parte profonda del mantello e furono sottoposti ad ulteriore fusione; poi parte della crosta basaltica si trasformò gradualmente in granito.

Gli strati superficiali della Terra nella fase di formazione erano costituiti da regolite finemente porosa, che legava attivamente l'acqua rilasciata e l'anidride carbonica a causa della sua composizione ultrabasica. La riserva di calore totale della Terra e la distribuzione della temperatura al suo interno sono state determinate dal tasso di crescita del pianeta. In generale, a differenza della Luna, la Terra non si è mai sciolta completamente e il processo di formazione del nucleo terrestre è durato circa 4 miliardi di anni.

Lo stato della Terra fredda e tettonicamente passiva continuò per circa 600 milioni di anni. In questo momento, l'interno del pianeta si riscaldò lentamente e circa 4 miliardi di anni fa, sulla Terra apparve una granitizzazione attiva e si formò l'astenosfera. Allo stesso tempo, la Luna, essendo il satellite più massiccio, “ripulì” dallo spazio vicino alla Terra tutti i satelliti più piccoli e le microlune che erano lì,

e sulla Luna stessa si verificò un'esplosione di magmatismo basaltico, che coincise con l'inizio dell'attività tettonica sulla Terra (il periodo durò da 4,0 a 3,6 miliardi di anni fa). Nello stesso momento, nelle viscere della Terra, inizia il processo di differenziazione gravitazionale della materia terrestre, il processo principale che ha sostenuto l'attività tettonica della Terra in tutte le successive ere geologiche e ha portato al rilascio e alla crescita del denso nucleo di ossido di ferro della terra.

Poiché nell'era criptotettonica (catarchea) la materia terrestre non si scioglieva mai, i processi di degassamento della Terra non potevano svilupparsi, quindi, per i primi 600 milioni di anni di esistenza della Terra, l'idrosfera era completamente assente sulla sua superficie, e l'atmosfera era estremamente rarefatto e consisteva di gas nobili. In questo momento, il rilievo della Terra era levigato, costituito da regolite grigio scuro. Tutto era illuminato dal Sole giallo, debolmente caldo (la luminosità era del 30% inferiore a quella odierna) e dall'enorme e immacolato disco della Luna (era circa 300-350 volte più grande dell'area visibile moderna del disco lunare) ). La Luna era ancora un pianeta caldo e poteva riscaldare la Terra. Il movimento del Sole fu rapido: in sole 3 ore attraversò il cielo, per poi sorgere nuovamente da est dopo 3 ore. La Luna si muoveva molto più lentamente, poiché ruotava rapidamente attorno alla Terra nella stessa direzione, così che le fasi lunari attraversavano tutte le fasi in 8-10 ore.La Luna ruotava attorno alla Terra in un'orbita con un raggio di 14 -25mila km (ora il raggio è 384,4mila km). Le intense deformazioni mareali della Terra causarono una serie continua (ogni 18-20 ore) di terremoti seguiti al movimento della Luna. L'ampiezza delle maree lunari era di 1,5 km.

A poco a poco, circa un milione di anni dopo la formazione, a causa della repulsione avvenuta, le maree lunari diminuirono a 130 m, dopo altri 10 milioni di anni a 25 m, e dopo 100 milioni di anni - a 15 m, entro la fine del Catarcheo - a 7 m, e ora nel punto sublunare, le maree moderne della Terra solida sono di 45 cm I terremoti di marea a quel tempo erano esclusivamente di natura esogena, poiché non esisteva ancora attività tettonica. Nell'Archeano, inizialmente, la differenziazione della materia terrestre avveniva mediante la fusione da essa del ferro metallico a livello del mantello superiore. A causa della viscosità eccezionalmente elevata del nucleo freddo della giovane Terra, l'instabilità gravitazionale risultante potrebbe essere compensata schiacciando questo nucleo verso la superficie terrestre e il flusso di materiali pesanti precedentemente rilasciati si scioglie al suo posto, cioè formando un nucleo denso vicino al nucleo freddo della giovane Terra. Terra. Questo processo fu completato entro la fine dell'Archeano circa 2,7-2,6 miliardi di anni fa; In questo momento, tutte le masse continentali precedentemente separate iniziarono rapidamente a spostarsi verso uno dei poli e si unirono nel primo supercontinente del pianeta, Monogea. I paesaggi della Terra cambiarono, il contrasto del rilievo non superò 1-2 km, tutte le depressioni nel rilievo furono gradualmente riempite d'acqua e nel tardo Archeano si formò un unico oceano mondiale poco profondo (fino a 1 km).

All'inizio dell'Archeano la Luna si allontanò di 160mila km dalla Terra. La Terra ruotava attorno al proprio asse ad alta velocità (in un anno c'erano 890 giorni e un giorno durava 9,9 ore). Le maree lunari con un'ampiezza fino a 360 cm deformavano la superficie terrestre ogni 5,2 ore; Alla fine dell'Archeano, la rotazione della Terra rallentò significativamente (in un anno c'erano 490 giorni di 19 ore) e la Luna cessò di influenzare l'attività tettonica della Terra. L'atmosfera nell'Archeano era rifornita di azoto, anidride carbonica e vapore acqueo, ma l'ossigeno era assente, poiché veniva immediatamente legato dal ferro libero (metallico) del materiale del mantello, che saliva costantemente attraverso le zone di spaccatura fino alla superficie della Terra .

Nel Proterozoico, a causa della ridistribuzione dei movimenti convettivi sotto il supercontinente Monogea, un flusso ascensionale portò al suo collasso (circa 2,4-3,3 miliardi di anni fa). La successiva formazione e frammentazione dei supercontinenti Megagea, Mesogea e Pangea avvenne con la formazione di strutture tettoniche complesse e continuò fino al Cambriano e all'Ordoviciano (già nel Paleozoico). A questo punto, la massa d'acqua sulla superficie terrestre era diventata tale

grande, che si è già manifestato nella formazione di un oceano più profondo. La crosta oceanica subì un'idratazione e questo processo fu accompagnato da un maggiore assorbimento di anidride carbonica con formazione di carbonati. L'atmosfera continuava ad essere priva di ossigeno a causa del continuo legame dello stesso da parte del ferro rilasciato. Questo processo fu completato solo all'inizio del Fanerozoico, e da quel momento l'atmosfera terrestre cominciò ad essere attivamente saturata di ossigeno, avvicinandosi gradualmente alla sua composizione moderna.

In questa nuova situazione si verificò una forte attivazione delle forme di vita, il cui metabolismo si basava sulle reazioni di ossidazione inversa delle sostanze organiche sintetizzate dalle piante. Così apparvero gli organismi del regno animale, ma ciò avvenne già verso la fine del periodo Cambriano, nel Fanerozoico, e ciò portò alla comparsa di tutti i tipi di animali scheletrici e non scheletrici, che influenzarono molti processi geologici nel zona superficiale della Terra nelle ere geologiche successive. L'evoluzione geologica del Fanerozoico è stata studiata in modo molto più dettagliato rispetto ad altre epoche e può essere brevemente descritta come segue. In questo periodo più vicino a noi, come è stato rivelato, si sono verificati trasgressioni e regressioni dell'oceano, cambiamenti climatici globali, in particolare l'alternanza di periodi glaciali e praticamente senza ghiaccio; tra l'altro, il primo, come si presume, in La Terra era la glaciazione Uroniana nel Proterozoico.

I processi di trasgressione e regressione dell'oceano con il potente sviluppo delle forme di vita, l'attiva attività erosiva dei ghiacciai e l'attività erosiva delle acque glaciali hanno portato ad una significativa lavorazione delle rocce che costituivano la zona superficiale della crosta terrestre, all'accumulo di materiale terrigeno sui fondali oceanici, processi di sedimentazione e di accumulo di materiale organogeno e chemogenico nei corpi idrici, piscine.

La disposizione spaziale dei continenti e degli oceani cambiò gradualmente ed era molto diversa rispetto all'equatore: alternativamente, gli emisferi settentrionale e meridionale erano continentali o oceanici. Anche il clima cambiò ripetutamente, essendo in stretta connessione con i periodi glaciali e interglaciali. Dal Paleozoico al Cenozoico (e in esso), si verificarono cambiamenti attivi nella profondità, nella temperatura e nella composizione delle acque dell'Oceano Mondiale; lo sviluppo delle forme di vita ha portato alla loro uscita dall'ambiente acquatico e al graduale sviluppo di quello terrestre, nonché l'evoluzione delle forme di vita fino a quelle conosciute. Sulla base dell'analisi della storia geologica del Fanerozoico, ne consegue che tutti i confini principali (divisione della scala geocronologica in ere, periodi ed epoche) sono in gran parte dovuti a collisioni e scissioni di continenti nel processo di movimento globale del “ insieme” di placche litosferiche.

FORMA DELLA TERRA

La forma della Terra viene comunemente definita globo. È stato stabilito che la massa della Terra è 5976 10 21 kg, il volume è 1.083 10 12 km 3. Il raggio medio è di 6371,2 km, la densità media è di 5,518 kg/m 3, l'accelerazione media dovuta alla gravità è di 9,81 m/s 2. La forma della Terra è vicina ad un ellissoide triassiale di rotazione con compressione polare: la Terra moderna ha un raggio polare di 6356,78 km e un raggio equatoriale di 6378,16 km. La lunghezza del meridiano terrestre è 40008,548 km, la lunghezza dell'equatore è 40075,704 km. La compressione polare (o "oblatezza") è causata dalla rotazione della Terra attorno all'asse polare e l'entità di questa compressione è correlata alla velocità di rotazione terrestre. A volte la forma della Terra è chiamata sferoide, ma anche per la Terra esiste

il nome proprio della forma, cioè geoide. Il fatto è che la superficie terrestre è variabile e di notevole altezza; ci sono i sistemi montuosi più alti di oltre 8000 m (ad esempio, il Monte Everest - 8842 m) e fosse oceaniche profonde di oltre

11.000 m (Fossa delle Marianne - 11.022 m). Il geoide al di fuori dei continenti coincide con la superficie indisturbata dell'Oceano Mondiale; nei continenti, la superficie del geoide viene calcolata da studi gravimetrici e utilizzando osservazioni dallo spazio.

La Terra ha un campo magnetico complesso, che può essere descritto come un campo creato da una sfera magnetizzata o da un dipolo magnetico.

La superficie del globo è occupata per il 70,8% (361,1 milioni di km 2) da acque superficiali (oceani, mari, laghi, bacini artificiali, fiumi, ecc.). Il territorio costituisce il 29,2% (148,9 milioni di km2).

STRUTTURA DELLA TERRA

In generale, come stabilito dalle moderne ricerche geofisiche basate, in particolare, su stime della velocità di propagazione delle onde sismiche, studi sulla densità della materia terrestre, sulla massa della Terra, sui risultati di esperimenti spaziali per determinare la distribuzione delle onde spazi d'aria e d'acqua e altri dati, la Terra è composta da diversi gusci concentrici: esterno - atmosfera (guscio di gas), idrosfera (guscio d'acqua), biosfera (area di distribuzione della materia vivente, secondo V.I. Vernadsky) e interno, che prendono il nome di geosfere vere e proprie (nucleo, mantello e litosfera) (Fig. 1).

L'atmosfera, l'idrosfera, la biosfera e la parte più superficiale della crosta terrestre sono accessibili all'osservazione diretta. Con l'aiuto dei pozzi, gli esseri umani sono in grado di studiare profondità generalmente fino a 8 km. La perforazione di pozzi ultraprofondi viene effettuata per scopi scientifici nel nostro paese, negli Stati Uniti e in Canada (in Russia, una profondità superiore a

12 km, che ha permesso di selezionare campioni di roccia per un immediato studio diretto). L'obiettivo principale della perforazione ultraprofonda è raggiungere gli strati profondi della crosta terrestre: i confini degli strati di “granito” e “basalto” o i confini superiori del mantello. La struttura dell'interno più profondo della Terra è studiata con metodi geofisici, di cui i metodi sismici e gravimetrici sono di massima importanza. Lo studio della materia sollevata dai confini del mantello dovrebbe chiarire il problema della struttura della Terra. Il mantello è di particolare interesse, poiché

Riso. 1. Rappresentazione schematica della struttura della Terra (UN) e la crosta terrestre (b):

l- nucleo; Di C - mantello; DI - La crosta terrestre; E- atmosfera (secondo M. Vasich); 1 - coprire i depositi; 2 - strato tipo granito; 3 - strato di basalto; 4-mantello superiore; 5-mantello

La crosta terrestre con tutti i suoi minerali è stata infine formata dalla sua sostanza.

Atmosfera In base alla temperatura in esso distribuita, dal basso verso l'alto si divide in troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. Troposfera costituisce circa l'80% della massa totale dell'atmosfera e raggiunge un'altezza di 16-18 km nella parte equatoriale e

8-10 km nelle regioni polari. La stratosfera si estende fino a un'altitudine di 55 km e ha uno strato di ozono al limite superiore. Segue la mesosfera fino a 80 km di quota, la termosfera fino a 800-1000 km e oltre l’esosfera (sfera di dispersione), che costituisce non più dello 0,5% della massa dell’atmosfera terrestre. IN La composizione dell'atmosfera comprende azoto (78,1%), ossigeno (21,3%), argon (1,28%), anidride carbonica (0,04%) e altri gas e quasi tutto il vapore acqueo. Il contenuto di ozono (0 3) è 3,1 10 15 g e il contenuto di ossigeno (0 2) è 1,192 10 2! d. Con la distanza dalla superficie terrestre, la temperatura dell'atmosfera diminuisce bruscamente e ad un'altitudine di 10-12 km è già di circa -50 ° C. IN Nella troposfera si formano le nuvole e si concentrano i movimenti di aria termica. Sulla superficie terrestre le temperature più alte sono state registrate in Libia (+58 °C all'ombra), sul territorio dell'ex Unione Sovietica nella zona di Termez (+50 °C all'ombra).

La temperatura più bassa è stata registrata in Antartide (-87 °C), e in Russia - in Yakutia (-71 °C).

Stratosfera - lo strato successivo sopra la troposfera. La presenza di ozono in questo strato atmosferico fa aumentare la temperatura fino a +50 °C, ma ad un'altitudine di 8-90 km la temperatura scende nuovamente a -60...-90 °C.

La pressione media dell'aria al livello del mare è 1,0132 bar (760 mm Hg) e la densità è 1,3 10 3 g/cm. IN L'atmosfera e la sua copertura nuvolosa assorbono il 18% della radiazione solare. Come risultato del bilancio radiativo del sistema Terra-atmosfera, la temperatura media sulla superficie terrestre è positiva (+15 °C), sebbene le sue fluttuazioni nelle diverse zone climatiche possano raggiungere i 150 °C.

Idrosfera- un guscio d'acqua che gioca un ruolo importante nei processi geologici della Terra. IN la sua composizione comprende tutte le acque della Terra (oceani, mari, fiumi, laghi, ghiacci continentali, ecc.). L'idrosfera non forma uno strato continuo e copre il 70,8% della superficie terrestre. Il suo spessore medio è di circa 3,8 km, il maggiore supera gli 11 km (11.022 m - Fossa delle Marianne nell'Oceano Pacifico).

L'idrosfera terrestre è molto più giovane del pianeta stesso. Nelle prime fasi della sua esistenza, la superficie terrestre era completamente anidra e nell'atmosfera non c'era praticamente vapore acqueo. La formazione dell'idrosfera è dovuta ai processi di separazione dell'acqua dal mantello. L'idrosfera forma attualmente un'unità inestricabile con la litosfera, l'atmosfera e la biosfera. È per quest'ultima - la biosfera - che le proprietà uniche dell'acqua come composto chimico sono molto importanti, ad esempio, i cambiamenti di volume durante la transizione dell'acqua da uno stato di fase all'altro (durante il congelamento,

durante l'evaporazione); elevata capacità dissolvente rispetto a quasi tutti i composti sulla Terra.

È la presenza dell’acqua che garantisce intrinsecamente l’esistenza della vita sulla Terra nella forma che conosciamo. Dall'acqua, come composto semplice, e dall'anidride carbonica, le piante sono in grado, sotto l'influenza dell'energia solare e in presenza di clorofilla, di formare composti organici complessi, che in realtà è il processo di fotosintesi. L'acqua sulla Terra è distribuita in modo non uniforme, la maggior parte è concentrata sulla superficie. In rapporto al volume del globo, il volume totale dell'idrosfera non supera lo 0,13%. La parte principale dell'idrosfera è l'Oceano Mondiale (94%), la cui area è di 361059 km 2 e il suo volume totale è di 1370 milioni di km 3. Nella crosta continentale ci sono 4,42 10 23 g di acqua, nella crosta oceanica -3,61 10 23 g Nella tabella. La Figura 1 mostra la distribuzione dell'acqua sulla Terra.

Tabella 1

Volume dell'idrosfera e intensità degli scambi idrici

^Solo 4.000 mila km 3 di acque sotterranee situate a basse profondità possono essere soggette a scambio e utilizzo attivo dell'acqua.

La temperatura dell'acqua nell'oceano cambia non solo in base alla latitudine dell'area (vicinanza ai poli o all'equatore), ma anche alla profondità dell'oceano. La più alta variabilità della temperatura si osserva nello strato superficiale fino ad una profondità di 150 m. La temperatura dell'acqua più alta nello strato superiore è stata osservata nel Golfo Persico (+35,6 °C), e la più bassa nel Mar Glaciale Artico (-2,8 °C). C).

La composizione chimica dell'idrosfera è molto varia: dalle acque molto dolci a quelle molto salate, come le salamoie.

Oltre il 98% di tutte le risorse idriche sulla Terra sono acque salate degli oceani, dei mari e di alcuni laghi, ^gtateke minera figa yang-

nuove acque sotterranee. Il volume totale di acqua dolce sulla Terra è di 28,25 milioni di km 3, ovvero solo circa il 2% del volume totale dell'idrosfera, con la maggior parte di acqua dolce concentrata nel ghiaccio continentale dell'Antartide, della Groenlandia, delle isole polari e delle alte montagne. regioni. Quest'acqua è attualmente inaccessibile per l'uso umano pratico.

L'oceano mondiale contiene 1,4-10 2 anidride carbonica (C0 2), che è quasi 60 volte superiore a quella presente nell'atmosfera; Ci sono 8 10 18 g di ossigeno disciolto nell'oceano, ovvero quasi 150 volte meno che nell'atmosfera. Ogni anno i fiumi trasportano circa 2,53 10 16 g di materiale terrigeno dalla terra agli oceani, di cui quasi 2,25 10 16 g sono sospesi, il resto è materia solubile e organica.

La salinità (media) dell'acqua di mare è del 3,5% (35 g/l). Oltre a cloruri, solfati e carbonati, l'acqua di mare contiene anche iodio, fluoro, fosforo, rubidio, cesio, oro e altri elementi. 0,48 10 23 g di sali vengono sciolti in acqua.

Le ricerche in acque profonde effettuate negli ultimi anni hanno permesso di accertare la presenza di correnti orizzontali e verticali e l'esistenza di forme di vita lungo tutta la colonna d'acqua. Il mondo organico del mare è diviso in benthos, plancton, necton, ecc. benthos Questi includono organismi che vivono sul terreno e nel suolo dei corpi idrici marini e continentali. Plancton- insieme di organismi che abitano la colonna d'acqua e che non sono in grado di resistere al trasporto delle correnti. Nekton- nuotare attivamente, come pesci e altri animali marini.

Attualmente sta diventando serio il problema della carenza di acqua dolce, che è una delle componenti della crisi ambientale globale in via di sviluppo. Il fatto è che l'acqua dolce è necessaria non solo per i bisogni utilitaristici umani (bere, cucinare, lavare, ecc.), ma anche per la maggior parte dei processi industriali, per non parlare del fatto che solo l'acqua dolce è adatta alla produzione agricola - tecnologia agricola e allevamento del bestiame, poiché la stragrande maggioranza delle piante e degli animali sono concentrati sulla terra e utilizzano esclusivamente acqua dolce per svolgere le loro attività vitali. La crescita della popolazione terrestre (ci sono già più di 6 miliardi di persone sul pianeta) e il connesso sviluppo attivo dell'industria e della produzione agricola hanno portato al fatto che ogni anno le persone consumano 3,5mila km 3 di acqua dolce, con perdite irreversibili pari a 150 km 3. La parte dell'idrosfera adatta all'approvvigionamento idrico è di 4,2 km 3, ovvero solo lo 0,3% del volume dell'idrosfera. La Russia ha riserve di acqua dolce piuttosto grandi (circa 150mila fiumi, 200mila laghi, numerosi bacini artificiali e stagni,

volumi significativi di acque sotterranee), ma la distribuzione di queste riserve sul territorio è tutt’altro che uniforme.

L'idrosfera gioca un ruolo importante nella manifestazione di molti processi geologici, specialmente nella zona superficiale della crosta terrestre. Da un lato, sotto l'influenza dell'idrosfera, avviene un'intensa distruzione delle rocce, il loro movimento e rideposizione; dall'altro, l'idrosfera agisce come un potente fattore creativo, essendo essenzialmente un bacino per l'accumulo entro i suoi limiti di spessori significativi di sedimenti di diversa composizione.

Biosferaè in costante interazione con la litosfera, l'idrosfera e l'atmosfera, che influenza in modo significativo la composizione e la struttura della litosfera.

In generale, per biosfera si intende attualmente l'area di distribuzione della materia vivente (organismi viventi di forme conosciute dalla scienza); è un guscio organizzato in modo complesso collegato da cicli biochimici (e geochimici) di migrazione di materia, energia e informazione. L'accademico V.I. Vernadsky nel concetto di biosfera comprende tutte le strutture della Terra che sono geneticamente correlate alla materia vivente; attività passate o presenti degli organismi viventi. La maggior parte della storia geologica della Terra è associata all'attività degli organismi viventi, specialmente nella parte superficiale della crosta terrestre, ad esempio si tratta di strati sedimentari molto spessi di rocce organogeniche: calcari, diatomiti, ecc. L'area di ​​la distribuzione della biosfera è limitata nell'atmosfera dallo strato di ozono (a circa 18-50 km sopra la superficie del pianeta), al di sopra del quale le forme di vita conosciute sulla Terra sono impossibili senza particolari mezzi di protezione, come avviene durante lo spazio voli oltre l'atmosfera e verso altri pianeti. Fino a poco tempo fa, la biosfera si estendeva nelle profondità della Terra fino a una profondità di 11.022 m nella Fossa delle Marianne, ma durante la perforazione del pozzo superprofondo di Kola è stata raggiunta una profondità di oltre 12 km, il che significa che la materia vivente è penetrata a questa profondità .

La struttura interna della Terra, secondo i concetti moderni, è costituita da un nucleo, un mantello e una litosfera. I confini tra loro sono abbastanza arbitrari, a causa della compenetrazione sia nell'area che in profondità (vedi Fig. 1).

Il nucleo della Terraè costituito da un nucleo esterno (liquido) e uno interno (solido). Il raggio del nucleo interno (il cosiddetto strato B) è di circa 1200-1250 km, lo strato di transizione (B) tra il nucleo interno ed esterno ha uno spessore di circa 300-400 km, ed il raggio del nucleo esterno è 3450-3500 km (rispettivamente, la profondità è 2870-2920 km ). La densità della materia nel nucleo esterno aumenta con la profondità da 9,5 a 12,3 g/cm 3 . Nella parte centrale

Nel nucleo interno la densità della sostanza raggiunge quasi 14 g/cm 3 . Tutto ciò dimostra che la massa del nucleo terrestre costituisce fino al 32% della massa totale della Terra, mentre il volume è circa il 16% del volume della Terra. Gli esperti moderni ritengono che il nucleo terrestre sia costituito per quasi il 90% da ferro con una miscela di ossigeno, zolfo, carbonio e idrogeno, e che il nucleo interno abbia, secondo le idee moderne, una composizione ferro-nichel, che corrisponde pienamente alla composizione di un numero dei meteoriti studiati.

Il mantello terrestreÈ un guscio di silicato tra il nucleo e la base della litosfera. La massa del mantello costituisce il 67,8% della massa totale della Terra (O.G. Sorokhtin, 1994). Studi geofisici hanno stabilito che il mantello, a sua volta, può essere suddiviso (vedi Fig. 1) in mantello superiore(strato D fino a una profondità di 400 km), Strato di transizione Golitsyn(strato C a una profondità compresa tra 400 e 1000 km) e mantello inferiore(strato IN con una base ad una profondità di circa 2900 km). Sotto gli oceani nel mantello superiore c'è uno strato in cui il materiale del mantello si trova in uno stato parzialmente fuso. Un elemento molto importante nella struttura del mantello è la zona sottostante la base della litosfera. Fisicamente rappresenta una superficie di transizione dall'alto verso il basso dalle rocce dure raffreddate alla materia del mantello parzialmente fusa, che è in uno stato plastico e costituisce l'astenosfera.

Secondo i concetti moderni, il mantello ha una composizione ultramafica (pirolita, una miscela del 75% di peridotite e del 25% di tolerite basalto o lherzolite), e quindi è spesso chiamato peridotite, o guscio di “pietra”. Il contenuto di elementi radioattivi nel mantello è molto basso. Quindi, in media 10 -8% 13; 10~ 7% TH, 10" 6% 40 K. Il mantello è attualmente valutato come fonte di fenomeni sismici e vulcanici, di processi di costruzione di montagne, nonché di una zona di magmatismo.

la crosta terrestre rappresenta lo strato superiore della Terra, che ha un confine inferiore, o base, secondo i dati sismici, secondo lo strato di Mohorovicic, dove si verifica un brusco aumento della velocità di propagazione delle onde elastiche (sismiche) fino a 8,2 km/s notato.

Per un ingegnere geologico, l'oggetto principale è la crosta terrestre ricerca, è sulla sua superficie e nelle sue profondità che vengono erette strutture ingegneristiche, cioè vengono svolte attività di costruzione. In particolare, per risolvere molti problemi pratici, è importante chiarire i processi di formazione della superficie della crosta terrestre e la storia di questa formazione.

In generale, la superficie della crosta terrestre si forma sotto l'influenza di processi diretti l'uno opposto all'altro:

• endogeni, compresi i processi tettonici e magmatici che portano a movimenti verticali nella crosta terrestre - sollevamenti e abbassamenti, ad es. creano "irregolarità" nel rilievo;
• esogeno, provocando la denudazione (appiattimento, livellamento) del rilievo a causa degli agenti atmosferici, erosioni di vario tipo e forze gravitazionali;
• sedimentazione (sedimentazione), poiché “riempire” con sedimenti tutte le irregolarità create durante l'endogenesi.

Attualmente esistono due tipi di crosta terrestre: “basaltica” oceanica e “granitica” continentale.

crosta oceanicaÈ abbastanza semplice nella composizione e rappresenta una sorta di formazione a tre strati. Lo strato superiore, il cui spessore varia da 0,5 km nella parte centrale dell'oceano a 15 km in prossimità dei delta fluviali di acque profonde e delle pendici continentali, dove si accumula quasi tutto il materiale terrigeno, mentre in altre zone dell'oceano il materiale sedimentario è rappresentato da sedimenti carbonatici e argille rosse di acque profonde non carbonatiche. Il secondo strato è composto da lave a cuscino di basalti di tipo oceanico, sottostanti dicchi di dolerite della stessa composizione; lo spessore totale di questo strato è di 1,5-2 km. Il terzo strato nella parte superiore della sezione è rappresentato da uno strato di gabbro, sottostante a serpentiniti in prossimità delle dorsali medio-oceaniche; lo spessore totale del terzo strato varia da 4,7 a 5 km.

La densità media della crosta oceanica (senza precipitazioni) è di 2,9 g/cm 3, la sua massa è di 6,4 · 10 · 24 g e il volume dei sedimenti è di 323 milioni di km 3. La crosta oceanica si forma nelle zone di rift delle dorsali medio-oceaniche a causa del rilascio di fusi basaltici dallo strato astenosferico della Terra e dell'effusione di basalti toleritici sul fondo oceanico. È stato accertato che ogni anno dall'astenosfera provengono 12 km 3 di basalti. Tutti questi grandiosi processi tettonomagmatici sono accompagnati da un aumento della sismicità e non hanno eguali nei continenti.

crosta continentale differisce nettamente dall'oceanico per spessore, struttura e composizione. Il suo spessore varia da 20-25 km sotto gli archi insulari e le aree con un tipo di crosta transitoria a 80 km sotto le giovani cinture ripiegate della Terra, ad esempio sotto le Ande o la cintura alpino-himalayana. Lo spessore della crosta continentale sotto le antiche piattaforme è in media di 40 km. La crosta continentale è composta da tre strati, di cui quello superiore è sedimentario, mentre i due inferiori sono rappresentati da rocce cristalline. Lo strato sedimentario è composto da sedimenti argillosi e carbonati di bacini marini poco profondi.

seins e ha uno spessore molto diverso da 0 sugli scudi antichi a 15 km negli avvallamenti marginali delle piattaforme. Sotto lo strato sedimentario si trovano rocce “granitiche” precambriane, spesso trasformate da processi di metamorfismo regionale. Successivamente si trova lo strato di basalto. La differenza tra la crosta oceanica e quella continentale è la presenza in quest'ultima di uno strato di granito. Inoltre, la crosta oceanica e quella continentale sono sostenute da rocce del mantello superiore.

La crosta terrestre ha una composizione di alluminosilicato, rappresentata principalmente da composti fusibili. Gli elementi chimici predominanti sono ossigeno (43,13%), silicio (26%) e alluminio (7,45%) sotto forma di silicati e ossidi (Tabella 2).

Tavolo 2

Composizione chimica media della crosta terrestre

La composizione chimica della crosta terrestre,%, è la seguente: acida

genere - 46,8; silicio - 27,3; alluminio - 8,7; ferro -5.1; calcio - 3,6; sodio - 2,6; potassio - 2,6; magnesio - 2.1; altri - 1.2.

Come mostrano dati recenti, la composizione della crosta oceanica è così costante da poter essere considerata una delle costanti globali, proprio come la composizione dell’aria atmosferica o la salinità media dell’acqua di mare. Questa è la prova dell'unità del meccanismo della sua formazione.

Una circostanza importante che distingue la crosta terrestre dalle altre geosfere interne è la presenza in essa di un maggiore contenuto di isotopi radioattivi a lunga vita di uranio 232 e torio 237 T, potassio 40 K, e la loro più alta concentrazione è nota per il "granito" strato della crosta continentale, mentre nella crosta oceanica sono presenti elementi radioattivi trascurabili.

Riso. 3. Schema a blocchi di una faglia trasformata oceanica

litosfera

Vulcani

Spiegazzato

Continentale

litosfera

Intrusioni ignee

Fusione

Riso. 2. Sezione schematica della zona di sottoscorrimento della litosfera oceanica

sotto quello continentale

Litosfera- questo è il guscio della Terra, che unisce la crosta terrestre e parte del mantello superiore. Una caratteristica della litosfera è che contiene rocce allo stato cristallino solido ed è rigida e durevole. Nella sezione dalla superficie terrestre si osserva un aumento della temperatura. Il guscio plastico del mantello situato sotto la litosfera è l'astenosfera, in cui ad alte temperature la sostanza è parzialmente fusa, e di conseguenza, a differenza della litosfera, l'astenosfera non ha resistenza e può deformarsi plasticamente, fino alla capacità fluire anche sotto l'influenza di sovrappressioni molto basse (Fig. 2, 3). Alla luce delle idee moderne, secondo la teoria della tettonica a placche litosferiche, è stato stabilito che le placche litosferiche che compongono il guscio esterno della Terra si formano a causa del raffreddamento e della completa cristallizzazione della sostanza parzialmente fusa dell'astenosfera , simile a quanto accade, ad esempio, su un fiume quando l'acqua gela e si forma ghiaccio in una giornata gelida.

È da notare che la lherzolite che compone il mantello superiore ha una composizione complessa, e quindi la sostanza dell'astenosfera, essendo allo stato solido, viene meccanicamente

indebolito a tal punto da poter strisciare. Ciò dimostra che l'astenosfera si comporta come un fluido viscoso su scale temporali geologiche. Pertanto, la litosfera è capace di movimento rispetto al mantello inferiore a causa dell'indebolimento dell'astenosfera. Un fatto importante che conferma la possibilità di movimento delle placche litosferiche è che l'astenosfera si esprime globalmente, sebbene la sua profondità, spessore e proprietà fisiche varino ampiamente. Lo spessore della litosfera varia da diversi chilometri sotto le valli del rift delle dorsali oceaniche fino a 100 km sotto la periferia degli oceani, e sotto antichi scudi lo spessore della litosfera raggiunge i 300-350 km.

Metodi per lo studio della struttura interna e della composizione della Terra

I metodi per studiare la struttura interna e la composizione della Terra possono essere suddivisi in due gruppi principali: metodi geologici e metodi geofisici. Metodi geologici si basano sui risultati dello studio diretto degli strati rocciosi negli affioramenti, nei giacimenti minerari (miniere, cunicoli, ecc.) e nei pozzi. Allo stesso tempo, i ricercatori hanno a disposizione l'intero arsenale di metodi per studiare la struttura e la composizione, che determina l'alto grado di dettaglio dei risultati ottenuti. Allo stesso tempo, le capacità di questi metodi nello studio delle profondità del pianeta sono molto limitate: il pozzo più profondo del mondo ha una profondità di soli -12262 m (Kola Superdeep in Russia), profondità ancora più piccole si ottengono perforando il fondale oceanico (circa -1500 m, perforazione a bordo della nave da ricerca americana Glomar Challenger). Pertanto, sono disponibili per lo studio diretto profondità non superiori allo 0,19% del raggio del pianeta.

Le informazioni sulla struttura profonda si basano sull'analisi dei dati indiretti ottenuti metodi geofisici, principalmente i modelli di cambiamenti con profondità in vari parametri fisici (conduttività elettrica, fattore di qualità meccanica, ecc.) misurati durante la ricerca geofisica. Lo sviluppo di modelli della struttura interna della Terra si basa principalmente sui risultati della ricerca sismica, basata sui dati sui modelli di propagazione delle onde sismiche. Alla fonte dei terremoti e delle potenti esplosioni emergono onde sismiche, vibrazioni elastiche. Queste onde si dividono in onde di volume - che si propagano nelle viscere del pianeta e le “trasparenti” come i raggi X, e onde di superficie – che si propagano parallelamente alla superficie e “sondano” gli strati superiori del pianeta fino a una profondità di decine di metri. centinaia di chilometri.
Le onde del corpo, a loro volta, sono divise in due tipi: longitudinali e trasversali. Le onde longitudinali, che hanno un'elevata velocità di propagazione, sono le prime ad essere registrate dai ricevitori sismici; vengono chiamate onde primarie o onde P ( dall'inglese primario - primario), le onde trasversali più lente sono chiamate onde S ( dall'inglese secondario - secondario). Le onde trasversali, come è noto, hanno una caratteristica importante: si propagano solo in un mezzo solido.

Ai confini di mezzi con proprietà diverse, le onde vengono rifratte e ai confini di bruschi cambiamenti nelle proprietà, oltre a quelle rifratte, si formano onde riflesse e scambiate. Le onde di taglio possono avere uno spostamento perpendicolare al piano di incidenza (onde SH) oppure uno spostamento giacente nel piano di incidenza (onde SV). Quando attraversano i confini di mezzi con proprietà diverse, le onde SH subiscono una rifrazione normale e le onde SV, oltre alle onde SV rifratte e riflesse, eccitano le onde P. Nasce così un complesso sistema di onde sismiche, “trasparenti” nelle viscere del pianeta.

Analizzando i modelli di propagazione delle onde, è possibile identificare disomogeneità nelle viscere del pianeta: se ad una certa profondità si registra un brusco cambiamento nella velocità di propagazione delle onde sismiche, nella loro rifrazione e riflessione, possiamo concludere che a a questa profondità c'è il confine dei gusci interni della Terra, che differiscono nelle loro proprietà fisiche.

Lo studio dei percorsi e della velocità di propagazione delle onde sismiche nelle viscere della Terra ha permesso di sviluppare un modello sismico della sua struttura interna.

Le onde sismiche, che si propagano dalla sorgente del terremoto nelle profondità della Terra, subiscono i cambiamenti bruschi più significativi di velocità, vengono rifratte e riflesse sulle sezioni sismiche situate in profondità 33 km E 2900 km dalla superficie (vedi figura). Questi netti confini sismici consentono di dividere l'interno del pianeta in 3 principali geosfere interne: crosta terrestre, mantello e nucleo.

La crosta terrestre è separata dal mantello da un confine sismico netto, al quale la velocità delle onde sia longitudinali che trasversali aumenta bruscamente. Pertanto, la velocità delle onde di taglio aumenta bruscamente da 6,7-7,6 km/s nella parte inferiore della crosta a 7,9-8,2 km/s nel mantello. Questo confine fu scoperto nel 1909 dal sismologo jugoslavo Mohorovicic e successivamente prese il nome Confine di Mohorovicic(spesso chiamato brevemente confine Moho o confine M). La profondità media del confine è di 33 km (è da notare che si tratta di un valore molto approssimativo a causa dei diversi spessori nelle diverse strutture geologiche); allo stesso tempo, sotto i continenti, la profondità della sezione Mohorovichichi può raggiungere i 75-80 km (che si registra sotto giovani strutture montuose - Ande, Pamir), sotto gli oceani diminuisce, raggiungendo uno spessore minimo di 3-4 km.

In profondità viene registrato un confine sismico ancora più netto che separa il mantello e il nucleo 2900 km. In questa sezione sismica, la velocità dell'onda P scende bruscamente da 13,6 km/s alla base del mantello a 8,1 km/s al nucleo; Onde S - da 7,3 km/sa 0. La scomparsa delle onde trasversali indica che la parte esterna del nucleo ha le proprietà di un liquido. Il confine sismico che separa il nucleo e il mantello fu scoperto nel 1914 dal sismologo tedesco Gutenberg e viene spesso chiamato Confine di Gutenberg, sebbene questo nome non sia ufficiale.

Bruschi cambiamenti nella velocità e nella natura del passaggio delle onde vengono registrati a profondità di 670 km e 5150 km. Confine 670 km divide il mantello in mantello superiore (33-670 km) e mantello inferiore (670-2900 km). Confine 5150 km divide il nucleo in un liquido esterno (2900-5150 km) e un solido interno (5150-6371 km).

Cambiamenti significativi si notano anche nella sezione sismica 410 km, dividendo il mantello superiore in due strati.

I dati ottenuti sui confini sismici globali forniscono la base per considerare un moderno modello sismico della struttura profonda della Terra.

Il guscio esterno della Terra solida è la crosta terrestre, delimitato dal confine di Mohorovicic. Si tratta di un guscio relativamente sottile, il cui spessore varia da 4-5 km sotto gli oceani a 75-80 km sotto le strutture montuose continentali. La crosta superiore è chiaramente visibile nella composizione della crosta centrale. strato sedimentario, costituito da rocce sedimentarie non metamorfosate, tra le quali possono essere presenti rocce vulcaniche, e sottostanti consolidato, O cristallino,abbaio, formato da rocce intrusive metamorfizzate e ignee. Esistono due tipi principali di crosta terrestre: continentale e oceanica, fondamentalmente diverse per struttura, composizione, origine ed età.

crosta continentale si trova sotto i continenti e i loro margini sottomarini, ha uno spessore da 35-45 km a 55-80 km, nella sua sezione si distinguono 3 strati. Lo strato superiore è solitamente composto da rocce sedimentarie, inclusa una piccola quantità di rocce debolmente metamorfizzate ed ignee. Questo strato è chiamato sedimentario. Geofisicamente è caratterizzato da basse velocità delle onde P nell'ordine di 2-5 km/s. Lo spessore medio dello strato sedimentario è di circa 2,5 km.
Al di sotto si trova la crosta superiore (strato di granito-gneiss o “granito”), composta da rocce ignee e metamorfiche ricche di silice (mediamente corrispondente per composizione chimica alla granodiorite). La velocità delle onde P in questo strato è di 5,9-6,5 km/s. Alla base della crosta superiore si distingue una sezione sismica di Conrad, che riflette un aumento della velocità delle onde sismiche durante la transizione alla crosta inferiore. Ma questa sezione non si registra ovunque: nella crosta continentale si registra spesso un graduale aumento della velocità delle onde con la profondità.
La crosta inferiore (strato granulitico-mafico) è caratterizzata da una maggiore velocità delle onde (6,7-7,5 km/s per le onde P), dovuta ad un cambiamento nella composizione delle rocce durante la transizione dal mantello superiore. Secondo il modello più accettato la sua composizione corrisponde alla granulite.

Alla formazione della crosta continentale partecipano rocce di varie ere geologiche, fino a quelle più antiche, di circa 4 miliardi di anni.

Crosta oceanica ha uno spessore relativamente piccolo, in media 6-7 km. Nella sua sezione trasversale, nella forma più generale, si possono distinguere due strati. Lo strato superiore è sedimentario, caratterizzato da basso spessore (in media circa 0,4 km) e bassa velocità delle onde P (1,6-2,5 km/s). Lo strato inferiore è “basaltico” - composto da rocce ignee basiche (in alto - basalti, in basso - rocce intrusive basiche e ultrabasiche). La velocità delle onde longitudinali nello strato “basalto” aumenta da 3,4-6,2 km/s nei basalti a 7-7,7 km/s negli orizzonti crostali più bassi.

L'età delle rocce più antiche della moderna crosta oceanica è di circa 160 milioni di anni.

MantelloÈ il più grande guscio interno della Terra in termini di volume e massa, delimitato superiormente dal confine di Moho e inferiormente dal confine di Gutenberg. È costituito da un mantello superiore e da un mantello inferiore, separati da un confine di 670 km.

Secondo le caratteristiche geofisiche, la mania superiore è divisa in due strati. Strato superiore - mantello sottocrostale- si estende dal confine di Moho a una profondità di 50-80 km sotto gli oceani e di 200-300 km sotto i continenti ed è caratterizzato da un aumento graduale della velocità delle onde sismiche sia longitudinali che trasversali, che si spiega con la compattazione delle rocce a causa della pressione litostatica degli strati sovrastanti. Sotto il mantello subcrostale fino all'interfaccia globale di 410 km c'è uno strato di basse velocità. Come suggerisce il nome dello strato, le velocità delle onde sismiche al suo interno sono inferiori rispetto al mantello subcrostale. Inoltre, in alcune zone ci sono lenti che non trasmettono affatto onde S, il che giustifica l'affermazione che il materiale del mantello in queste zone è in uno stato parzialmente fuso. Questo strato è chiamato astenosfera ( dal greco "asthenes" - debole e "sphair" - sfera); il termine fu introdotto nel 1914 dal geologo americano J. Burrell, nella letteratura in lingua inglese spesso indicato come LVZ - Zona a bassa velocità. Così, astenosfera- Si tratta di uno strato del mantello superiore (situato a una profondità di circa 100 km sotto gli oceani e a circa 200 km o più sotto i continenti), individuato sulla base di una diminuzione della velocità delle onde sismiche e dotato di ridotta resistenza e viscosità. La superficie dell'astenosfera è ben consolidata da una forte diminuzione della resistività (fino a valori di circa 100 Ohm . M).

La presenza di uno strato astenosferico plastico, che differisce per proprietà meccaniche dagli strati solidi sovrastanti, dà motivo di identificare litosfera- il guscio solido della Terra, compresa la crosta terrestre e il mantello subcrostale situato al di sopra dell'astenosfera. Lo spessore della litosfera varia da 50 a 300 km. Va notato che la litosfera non è il guscio roccioso monolitico del pianeta, ma è divisa in placche separate che si muovono costantemente lungo l'astenosfera plastica. I focolai dei terremoti e del vulcanismo moderno sono confinati ai confini delle placche litosferiche.

Al di sotto della sezione di 410 km, sia le onde P che le onde S si propagano ovunque nel mantello superiore e la loro velocità aumenta in modo relativamente monotono con la profondità.

IN mantello inferiore, separate da un netto confine globale di 670 km, la velocità delle onde P ed S in modo monotono, senza bruschi cambiamenti, aumenta rispettivamente a 13,6 e 7,3 km/s fino alla sezione di Gutenberg.

Nel nucleo esterno la velocità delle onde P diminuisce bruscamente fino a 8 km/s e le onde S scompaiono completamente. La scomparsa delle onde trasversali suggerisce che il nucleo esterno della Terra sia allo stato liquido. Al di sotto della sezione di 5150 km si trova un nucleo interno nel quale la velocità delle onde P aumenta e le onde S cominciano nuovamente a propagarsi, indicandone lo stato solido.

La conclusione fondamentale del modello di velocità della Terra sopra descritto è che il nostro pianeta è costituito da una serie di gusci concentrici che rappresentano un nucleo di ferro, un mantello di silicato e una crosta di alluminosilicato.

Caratteristiche geofisiche della Terra

Distribuzione della massa tra le geosfere interne

La maggior parte della massa terrestre (circa il 68%) ricade sul suo mantello relativamente leggero ma di grande volume, di cui circa il 50% nel mantello inferiore e circa il 18% in quello superiore. Il restante 32% della massa totale della Terra proviene principalmente dal nucleo, dove la parte esterna liquida (29% della massa totale della Terra) è molto più pesante della parte interna solida (circa il 2%). Sulla crosta rimane solo meno dell’1% della massa totale del pianeta.

Densità

La densità dei gusci aumenta naturalmente verso il centro della Terra (vedi figura). La densità media della corteccia è di 2,67 g/cm3; al confine di Moho aumenta bruscamente da 2,9-3,0 a 3,1-3,5 g/cm3. Nel mantello la densità aumenta gradualmente a causa della compressione della sostanza silicatica e delle transizioni di fase (riarrangiamento della struttura cristallina della sostanza durante l'“adattamento” all'aumento della pressione) da 3,3 g/cm 3 nella parte subcrostale a 5,5 g/cm 3 nelle parti inferiori del mantello inferiore. Al confine di Gutenberg (2900 km), la densità quasi raddoppia improvvisamente, fino a 10 g/cm 3 nel nucleo esterno. Un altro salto di densità - da 11,4 a 13,8 g/cm 3 - si verifica al confine tra il nucleo interno ed esterno (5150 km). Questi due bruschi salti di densità hanno natura diversa: al confine mantello/nucleo si verifica un cambiamento nella composizione chimica della sostanza (transizione dal mantello di silicato al nucleo di ferro), e il salto al confine di 5150 km è associato ad un cambiamento dello stato di aggregazione (transizione dal nucleo esterno liquido al nucleo interno solido) . Al centro della Terra la densità della materia raggiunge i 14,3 g/cm 3 .

Pressione

La pressione all'interno della Terra viene calcolata in base al suo modello di densità. L’aumento della pressione con la distanza dalla superficie è dovuto a diversi motivi:

compressione dovuta al peso dei gusci sovrastanti (pressione litostatica);

transizioni di fase in gusci di composizione chimica omogenea (in particolare nel mantello);

differenze nella composizione chimica dei gusci (crosta e mantello, mantello e nucleo).

Alla base della crosta continentale la pressione è di circa 1 GPa (più precisamente 0,9 * 10 9 Pa). Nel mantello terrestre la pressione aumenta gradualmente; al confine di Gutenberg raggiunge i 135 GPa. Nel nucleo esterno il gradiente di pressione aumenta e nel nucleo interno, al contrario, diminuisce. I valori di pressione calcolati al confine tra il nucleo interno ed esterno e vicino al centro della Terra sono rispettivamente 340 e 360 ​​GPa.

Temperatura. Fonti di energia termica

I processi geologici che si verificano sulla superficie e all'interno del pianeta sono causati principalmente dall'energia termica. Le fonti energetiche si dividono in due gruppi: endogene (o interne), legate alla generazione di calore nelle viscere del pianeta, ed esogene (o esterne al pianeta). L'intensità del flusso di energia termica dal sottosuolo alla superficie si riflette nell'entità del gradiente geotermico. Gradiente geotermico– aumento della temperatura con la profondità, espresso in 0 C/km. La caratteristica "inversa" è fase geotermica– profondità in metri, dopo l’immersione la temperatura aumenterà di 1 0 C. Il valore medio del gradiente geotermico nella parte superiore della crosta è di 30 0 C/km e varia da 200 0 C/km nelle zone moderne magmatismo attivo fino a 5 0 C/km in aree a regime tettonico tranquillo. Con la profondità il valore del gradiente geotermico diminuisce significativamente, attestandosi in media intorno ai 10 0 C/km nella litosfera, e sotto i 1 0 C/km nel mantello. La ragione di ciò risiede nella distribuzione delle fonti di energia termica e nella natura del trasferimento di calore.

Fonti di energia endogena sono i seguenti.
1. Energia di differenziazione gravitazionale profonda, cioè. rilascio di calore durante la ridistribuzione di una sostanza per densità durante le sue trasformazioni chimiche e di fase. Il fattore principale in tali trasformazioni è la pressione. Il confine nucleo-mantello è considerato il livello principale di rilascio di questa energia.
2. Calore radiogenico, che avviene durante il decadimento degli isotopi radioattivi. Secondo alcuni calcoli questa fonte determina circa il 25% del flusso di calore emesso dalla Terra. Tuttavia, è necessario tenere conto del fatto che un aumento del contenuto dei principali isotopi radioattivi a vita lunga - uranio, torio e potassio - si osserva solo nella parte superiore della crosta continentale (zona di arricchimento isotopico). Ad esempio, la concentrazione di uranio nei graniti raggiunge il 3,5 10 -4%, nelle rocce sedimentarie - 3,2 10 -4%, mentre nella crosta oceanica è trascurabile: circa 1,66 10 -7%. Il calore radiogenico costituisce quindi un’ulteriore fonte di calore nella parte superiore della crosta continentale, che determina l’elevato valore del gradiente geotermico in questa zona del pianeta.
3. Calore residuo, conservato nelle profondità sin dalla formazione del pianeta.
4. Maree solide, causato dall'attrazione della Luna. La transizione dell'energia cinetica delle maree in calore avviene a causa dell'attrito interno negli strati rocciosi. La quota di questa fonte nel bilancio termico totale è piccola: circa l'1-2%.

Nella litosfera predomina il meccanismo conduttivo (molecolare) del trasferimento di calore; nel mantello sublitosferico della Terra avviene una transizione verso un meccanismo prevalentemente convettivo di trasferimento del calore.

I calcoli delle temperature all'interno del pianeta danno i seguenti valori: nella litosfera ad una profondità di circa 100 km la temperatura è di circa 1300 0 C, ad una profondità di 410 km - 1500 0 C, ad una profondità di 670 km - 1800 0 C, al confine tra nucleo e mantello - 2500 0 C, a una profondità di 5150 km - 3300 0 C, al centro della Terra - 3400 0 C. In questo caso, solo il principale (e più probabile per le zone profonde) è stata presa in considerazione la fonte di calore: l'energia della differenziazione gravitazionale profonda.

Il calore endogeno determina il corso dei processi geodinamici globali. compreso il movimento delle placche litosferiche

Sulla superficie del pianeta, il ruolo più importante è svolto da fonte esogena calore - radiazione solare. Sotto la superficie, l'influenza del calore solare è drasticamente ridotta. Già a una profondità ridotta (fino a 20-30 m) esiste una zona a temperatura costante, una regione di profondità dove la temperatura rimane costante ed è uguale alla temperatura media annuale della regione. Al di sotto della fascia di temperature costanti, il calore è associato a fonti endogene.

Magnetismo terrestre

La Terra è un gigantesco magnete con un campo di forza magnetico e poli magnetici che si trovano vicini a quelli geografici, ma non coincidono con essi. Pertanto, nelle letture dell'ago della bussola magnetica, si distingue tra declinazione magnetica e inclinazione magnetica.

Declinazione magneticaè l'angolo tra la direzione dell'ago della bussola magnetica e il meridiano geografico in un dato punto. Questo angolo sarà massimo ai poli (fino a 90°) e minimo all'equatore (7-8°).

Inclinazione magnetica– l'angolo formato dall'inclinazione dell'ago magnetico rispetto all'orizzonte. Avvicinandoti al polo magnetico, l'ago della bussola assumerà una posizione verticale.

Si presume che l'emergere di un campo magnetico sia dovuto a sistemi di correnti elettriche che si verificano durante la rotazione della Terra, in connessione con movimenti convettivi nel nucleo esterno liquido. Il campo magnetico totale è costituito dai valori del campo principale terrestre e del campo causato dai minerali ferromagnetici nelle rocce della crosta terrestre. Le proprietà magnetiche sono caratteristiche dei minerali ferromagnetici, come magnetite (FeFe 2 O 4), ematite (Fe 2 O 3), ilmenite (FeTiO 2), pirrotite (Fe 1-2 S), ecc., che sono minerali e sono stabiliti da anomalie magnetiche. Questi minerali sono caratterizzati dal fenomeno della magnetizzazione residua, che eredita l'orientamento del campo magnetico terrestre che esisteva durante la formazione di questi minerali. La ricostruzione della posizione dei poli magnetici della Terra in diverse epoche geologiche indica che il campo magnetico viene periodicamente sperimentato inversione- un cambiamento in cui i poli magnetici hanno cambiato posto. Il processo di modifica del segno magnetico del campo geomagnetico dura da diverse centinaia a diverse migliaia di anni e inizia con un'intensa diminuzione della forza del campo magnetico principale della Terra quasi a zero, quindi viene stabilita la polarità inversa e dopo un po 'di tempo si verifica segue un rapido ripristino della tensione, ma di segno opposto. Il Polo Nord prese il posto del Polo Sud e, viceversa, con una frequenza di circa 5 volte ogni milione di anni. L'attuale orientamento del campo magnetico è stato stabilito circa 800mila anni fa.

Struttura interna della Terra

Recentemente, il geofisico americano M. Herndon ha ipotizzato che al centro della Terra si trovi un “reattore nucleare” naturale di uranio e plutonio (o torio) con un diametro di soli 8 km. Questa ipotesi può spiegare l'inversione del campo magnetico terrestre che avviene ogni 200.000 anni. Se questa ipotesi fosse confermata, la vita sulla Terra potrebbe finire 2 miliardi di anni prima del previsto, poiché sia ​​l'uranio che il plutonio bruciano molto rapidamente. Il loro esaurimento porterà alla scomparsa del campo magnetico che protegge la terra dalle radiazioni solari a onde corte e, di conseguenza, alla scomparsa di ogni forma di vita biologica. Questa teoria è stata commentata dal membro corrispondente dell'Accademia delle scienze russa V.P. Trubitsyn: “Sia l'uranio che il torio sono elementi molto pesanti che, nel processo di differenziazione della sostanza primaria del pianeta, possono affondare fino al centro della Terra. Ma a livello atomico vengono portati via con elementi leggeri, che vengono trasportati nella crosta terrestre, motivo per cui tutti i depositi di uranio si trovano nello strato più superficiale della crosta. Cioè, se questi elementi fossero concentrati sotto forma di cluster, potrebbero sprofondare nel nucleo, ma, secondo le idee prevalenti, dovrebbero essercene un piccolo numero. Pertanto, per poter fare affermazioni sul nucleo di uranio della Terra, è necessario fornire una stima più ragionevole della quantità di uranio che è entrata nel nucleo di ferro. Anche la struttura della terra dovrebbe esserlo

Nell'autunno del 2002, il professore dell'Università di Harvard A. Dziewonski e il suo studente M. Ishii, sulla base di un'analisi dei dati di oltre 300.000 eventi sismici raccolti in 30 anni, hanno proposto un nuovo modello secondo il quale i cosiddetti "più interni" Il nucleo si trova all'interno del nucleo interno, avendo un diametro di circa 600 km: la sua presenza potrebbe essere la prova dell'esistenza di due fasi nello sviluppo del nucleo interno. Per confermare tale ipotesi è necessario collocare un numero ancora maggiore di sismografi attorno al globo in modo da poter individuare più dettagliatamente l'anisotropia (la dipendenza delle proprietà fisiche di una sostanza dalla direzione al suo interno) che caratterizza il pianeta. vero centro della Terra.

Il volto individuale del pianeta, come l'aspetto di un essere vivente, è in gran parte determinato da fattori interni che sorgono nelle sue viscere profonde. È molto difficile studiare questi sottosuoli, poiché i materiali che compongono la Terra sono opachi e densi, quindi la quantità di dati diretti sulla sostanza delle zone profonde è molto limitata. Questi includono: il cosiddetto aggregato minerale (grandi parti costituenti della roccia) da un pozzo naturale ultra-profondo - un tubo di kimberlite in Lesotho (Sudafrica), considerato un rappresentante delle rocce che si trovano a una profondità di circa 250 km, nonché un nucleo (una colonna cilindrica di roccia), sollevato dal pozzo più profondo del mondo (12.262 m) sulla penisola di Kola. Lo studio delle super profondità del pianeta non si limita a questo. Negli anni '70 del XX secolo, sul territorio dell'Azerbaigian furono effettuate perforazioni scientifiche continentali: il pozzo Saablinskaya (8.324 m). E in Baviera, all'inizio degli anni '90 del secolo scorso, fu posato un pozzo ultraprofondo KTB-Oberpfalz con una dimensione di oltre 9.000 m.

Esistono molti metodi ingegnosi e interessanti per studiare il nostro pianeta, ma le principali informazioni sulla sua struttura interna si ottengono dallo studio delle onde sismiche generate da terremoti e potenti esplosioni. Ogni ora vengono registrate circa 10 vibrazioni della superficie terrestre in vari punti della Terra. In questo caso si verificano onde sismiche di due tipi: longitudinale e trasversale. Entrambi i tipi di onde possono propagarsi nei solidi, ma solo quelle longitudinali possono propagarsi nei liquidi. Gli spostamenti della superficie terrestre vengono registrati dai sismografi installati in tutto il mondo. Le osservazioni della velocità con cui le onde viaggiano attraverso la terra consentono ai geofisici di determinare la densità e la durezza delle rocce a profondità inaccessibili alla ricerca diretta. Un confronto delle densità conosciute dai dati sismici e ottenute durante esperimenti di laboratorio con rocce (dove vengono simulate la temperatura e la pressione corrispondenti ad una certa profondità della terra) ci permette di trarre una conclusione sulla composizione materiale dell'interno della terra. Gli ultimi dati geofisici e gli esperimenti relativi allo studio delle trasformazioni strutturali dei minerali hanno permesso di modellare molte caratteristiche della struttura, della composizione e dei processi che si verificano nelle profondità della Terra.

Già nel XVII secolo, la straordinaria coincidenza dei contorni delle coste della costa occidentale dell'Africa e della costa orientale del Sud America portò alcuni scienziati a credere che i continenti stessero "camminando" attraverso il pianeta. Ma fu solo tre secoli dopo, nel 1912, che il meteorologo tedesco Alfred Lothar Wegener descrisse dettagliatamente la sua ipotesi sulla deriva dei continenti, secondo la quale le posizioni relative dei continenti erano cambiate nel corso della storia della Terra. Allo stesso tempo, ha avanzato molti argomenti a favore del fatto che in un lontano passato i continenti erano uniti. Oltre alla somiglianza delle coste, hanno scoperto la corrispondenza delle strutture geologiche, la continuità delle catene montuose relitte e l'identità dei resti fossili nei diversi continenti. Il professor Wegener ha difeso attivamente l'idea dell'esistenza nel passato di un unico supercontinente Pangea, della sua divisione e della successiva deriva dei continenti risultanti in direzioni diverse. Ma questa insolita teoria non fu presa sul serio, perché dal punto di vista di quel tempo sembrava del tutto inconcepibile che i continenti giganti potessero muoversi autonomamente attorno al pianeta. Inoltre, lo stesso Wegener non è stato in grado di fornire un “meccanismo” adeguato in grado di spostare i continenti.

La rinascita delle idee di questo scienziato è avvenuta come risultato della ricerca sul fondo dell'oceano. Il fatto è che il rilievo esterno della crosta continentale è ben noto, ma il fondo oceanico, per molti secoli coperto in modo affidabile da molti chilometri d'acqua, è rimasto inaccessibile allo studio ed è servito come fonte inesauribile di tutti i tipi di leggende e miti. Un importante passo avanti nello studio del suo rilievo è stata l'invenzione di un ecoscandaglio di precisione, con l'aiuto del quale è diventato possibile misurare e registrare continuamente la profondità del fondale lungo la linea di movimento della nave. Uno dei risultati sorprendenti della ricerca intensiva sul fondale oceanico sono stati i nuovi dati sulla sua topografia. Oggi la topografia del fondale oceanico è più facile da mappare grazie ai satelliti che misurano in modo molto preciso “l’altezza” della superficie del mare: è rappresentata accuratamente dalle differenze del livello del mare da un luogo all’altro. Invece di un fondo piatto, privo di caratteristiche speciali, coperto di limo, fossati profondi e ripide scogliere, furono scoperte catene montuose gigantesche e vulcani più grandi. La catena montuosa del Medio Atlantico, che taglia l'Oceano Atlantico proprio a metà, risalta particolarmente chiaramente sulle mappe.

Si è scoperto che il fondale oceanico invecchia man mano che si allontana dalla dorsale oceanica, “diffondendosi” dalla sua zona centrale ad una velocità di diversi centimetri all’anno. L'azione di questo processo può spiegare la somiglianza dei contorni dei margini continentali, se assumiamo che tra le parti del continente diviso si formi una nuova dorsale oceanica, e il fondo oceanico, crescendo simmetricamente su entrambi i lati, forma un nuovo oceano . Probabilmente in questo modo si è formato l'Oceano Atlantico, al centro del quale si trova la dorsale medio-atlantica. Ma se l’area del fondale marino aumenta e la Terra non si espande, allora qualcosa nella crosta globale deve collassare per compensare questo processo. Questo è esattamente ciò che sta accadendo ai margini di gran parte dell’Oceano Pacifico. Qui le placche litosferiche si avvicinano e una delle placche in collisione si tuffa sotto l'altra e penetra in profondità nella Terra. Tali luoghi di collisione sono contrassegnati da vulcani attivi che si estendono lungo la costa dell’Oceano Pacifico, formando il cosiddetto “anello di fuoco”.

La perforazione diretta del fondale marino e la determinazione dell'età delle rocce sollevate hanno confermato i risultati degli studi paleomagnetici. Questi fatti costituirono la base della teoria della nuova tettonica globale, o tettonica a placche litosferiche, che fece una vera rivoluzione nelle scienze della terra e portò una nuova comprensione dei gusci esterni del pianeta. L'idea principale di questa teoria sono i movimenti orizzontali delle piastre.

Come è nata la terra

Secondo i moderni concetti cosmologici, la Terra si è formata insieme ad altri pianeti circa 4,5 miliardi di anni fa da frammenti e detriti che ruotavano attorno al giovane Sole. Crebbe, impossessandosi della materia circostante, fino a raggiungere le dimensioni attuali. Inizialmente, il processo di crescita è avvenuto molto rapidamente e la pioggia continua di corpi in caduta avrebbe dovuto portare ad un suo riscaldamento significativo, poiché l'energia cinetica delle particelle veniva convertita in calore. Durante gli impatti apparvero dei crateri e la sostanza espulsa da essi non riuscì più a superare la forza di gravità e ricadde all'indietro, e più grandi erano i corpi che cadevano, più riscaldavano la Terra. L'energia dei corpi in caduta non veniva più rilasciata in superficie, ma nelle profondità del pianeta, senza avere il tempo di irradiarsi nello spazio. Sebbene la miscela iniziale di sostanze potesse essere omogenea su larga scala, il riscaldamento della massa terrestre dovuto alla compressione gravitazionale e al bombardamento dei suoi detriti portò alla fusione della miscela e i liquidi risultanti furono separati dalle restanti parti solide sotto l'influenza di gravità. La graduale ridistribuzione della sostanza in profondità secondo la densità avrebbe dovuto portare alla sua separazione in gusci separati. Sostanze più leggere, ricche di silicio, si separarono da sostanze più dense contenenti ferro e nichel, e formarono la prima crosta terrestre. Circa un miliardo di anni dopo, quando la Terra si raffreddò in modo significativo, la crosta terrestre si indurì trasformandosi nel duro guscio esterno del pianeta. Mentre si raffreddava, la terra espelleva molti gas diversi dal suo nucleo (di solito ciò accadeva durante le eruzioni vulcaniche): gas leggeri, come idrogeno ed elio, per lo più evaporavano nello spazio, ma poiché la forza gravitazionale della terra era già piuttosto forte, manteneva vicino alla sua superficie è più grave. Costituivano la base dell'atmosfera terrestre. Parte del vapore acqueo dell'atmosfera si condensò e sulla terra apparvero gli oceani.

E adesso?

La Terra non è il pianeta più grande, ma nemmeno il più piccolo tra i suoi vicini. Il suo raggio equatoriale, pari a 6378 km, è di 21 km maggiore di quello polare a causa della forza centrifuga creata dalla rotazione giornaliera. La pressione al centro della Terra è di 3 milioni di atm e la densità della materia è di circa 12 g/cm3. La massa del nostro pianeta, rilevata mediante misurazioni sperimentali della costante fisica di gravità e dell'accelerazione di gravità all'equatore, è 6*1024 kg, che corrisponde ad una densità media della materia di 5,5 g/cm3. La densità dei minerali sulla superficie è circa la metà della densità media, il che significa che la densità della materia nelle regioni centrali del pianeta dovrebbe essere superiore al valore medio. Il momento d'inerzia della Terra, che dipende dalla distribuzione della densità della materia lungo il raggio, indica anche un aumento significativo della densità della materia dalla superficie al centro. Un flusso di calore viene costantemente rilasciato dalle profondità della Terra e poiché il calore può essere trasferito solo dal caldo al freddo, la temperatura nelle profondità del pianeta dovrebbe essere più alta che sulla sua superficie. La perforazione profonda ha dimostrato che la temperatura aumenta con la profondità di circa 20°C per ogni chilometro e varia da luogo a luogo. Se l'aumento della temperatura continuasse continuamente, proprio al centro della Terra raggiungerebbe decine di migliaia di gradi, ma studi geofisici mostrano che in realtà la temperatura qui dovrebbe essere di diverse migliaia di gradi.

Lo spessore della crosta terrestre (guscio esterno) varia da diversi chilometri (nelle regioni oceaniche) a diverse decine di chilometri (nelle regioni montuose dei continenti). La sfera della crosta terrestre è molto piccola e rappresenta solo lo 0,5% circa della massa totale del pianeta. La composizione principale della corteccia è costituita da ossidi di silicio, alluminio, ferro e metalli alcalini. La crosta continentale, che contiene uno strato sedimentario superiore (granito) e uno inferiore (basaltico), contiene le rocce più antiche della Terra, la cui età è stimata in oltre 3 miliardi di anni. La crosta oceanica sotto lo strato sedimentario contiene principalmente uno strato, simile nella composizione al basalto. L'età della copertura sedimentaria non supera i 100-150 milioni di anni.

La crosta terrestre è separata dal mantello sottostante dall'ancora misterioso Strato Moho (dal nome del sismologo serbo Mohorovicic, che lo scoprì nel 1909), nel quale la velocità di propagazione delle onde sismiche aumenta bruscamente.

Il Mantello rappresenta circa il 67% della massa totale del pianeta. Lo strato solido del mantello superiore, che si estende a varie profondità sotto gli oceani e i continenti, insieme alla crosta terrestre è chiamato litosfera, il guscio più duro della Terra. Al di sotto di esso si trova uno strato in cui si nota una leggera diminuzione della velocità di propagazione delle onde sismiche, che indica uno stato peculiare della sostanza. Questo strato, meno viscoso e più plastico rispetto agli strati superiori e inferiori, è chiamato astenosfera. Si ritiene che la sostanza del mantello sia in continuo movimento e si suggerisce che negli strati relativamente profondi del mantello, con l'aumento della temperatura e della pressione, avvenga la transizione della sostanza in modifiche più dense. Questa transizione è confermata da studi sperimentali.

Nel mantello inferiore, a una profondità di 2900 km, si verifica un forte salto non solo nella velocità delle onde longitudinali, ma anche nella densità, e qui le onde trasversali scompaiono completamente, il che indica un cambiamento nella composizione materiale delle rocce. Questo è il confine esterno del nucleo terrestre.

Il nucleo della Terra fu scoperto nel 1936. Era estremamente difficile immaginarlo a causa del piccolo numero di onde sismiche che lo raggiungevano e ritornavano in superficie. Inoltre, le temperature e le pressioni estreme del nucleo sono state a lungo difficili da riprodurre in laboratorio. Il nucleo della terra è diviso in 2 regioni separate: liquida (OUTER CORE) e solida (BHUTPEHHE), la transizione tra loro si trova ad una profondità di 5156 km. Il ferro è un elemento che corrisponde alle proprietà sismiche del nucleo ed è abbondante nell'Universo tanto da rappresentare circa il 35% della sua massa nel nucleo del pianeta. Secondo i dati moderni, il nucleo esterno è un flusso rotante di ferro fuso e nichel che conduce bene l'elettricità. È ad esso che è associata l'origine del campo magnetico terrestre, considerando che le correnti elettriche che scorrono nel nucleo liquido creano un campo magnetico globale. Lo strato del mantello a contatto con il nucleo esterno ne viene influenzato, poiché le temperature nel nucleo sono più elevate che nel mantello. In alcuni punti, questo strato genera enormi flussi di calore e massa diretti verso la superficie terrestre: pennacchi.

Il NUCLEO SOLIDO INTERNO non è collegato al mantello. Si ritiene che il suo stato solido, nonostante l'elevata temperatura, sia assicurato dalla gigantesca pressione al centro della Terra. È stato suggerito che oltre alle leghe ferro-nichel, il nucleo dovrebbe contenere anche elementi più leggeri, come silicio e zolfo, ed eventualmente silicio e ossigeno. La questione dello stato del nucleo terrestre è ancora discutibile. Man mano che ci si allontana dalla superficie aumenta la compressione a cui è sottoposta la sostanza. I calcoli mostrano che nel nucleo terrestre la pressione può raggiungere i 3 milioni di atm. In questo caso, molte sostanze sembrano metallizzate: passano allo stato metallico. C'era persino l'ipotesi che il nucleo della Terra fosse costituito da idrogeno metallico.

Per capire come i geologi hanno creato un modello della struttura della Terra, è necessario conoscere le proprietà di base e i relativi parametri che caratterizzano tutte le parti della Terra. Queste proprietà (o caratteristiche) includono:

1. Fisico: densità, proprietà magnetiche elastiche, pressione e temperatura.

2. Chimico: composizione chimica e composti chimici, distribuzione degli elementi chimici nella Terra.

Sulla base di ciò, viene determinata la scelta dei metodi per studiare la composizione e la struttura della Terra. Osserviamoli brevemente.

Innanzitutto notiamo che tutti i metodi sono suddivisi in:

· diretto - basato sullo studio diretto di minerali e rocce e della loro collocazione negli strati della Terra;

· indiretto - basato sullo studio dei parametri fisici e chimici di minerali, rocce e strati mediante strumenti.

Con i metodi diretti possiamo studiare solo la parte superiore della Terra, perché... il pozzo più profondo (Kola) ha raggiunto i 12 km circa. Le parti più profonde possono essere giudicate dalle eruzioni vulcaniche.

La struttura interna profonda della Terra è studiata con metodi indiretti, principalmente con un complesso di metodi geofisici. Diamo un'occhiata a quelli principali.

1.Metodo sismico(dal greco seismos - scuotimento) - si basa sul fenomeno del verificarsi e della propagazione di vibrazioni elastiche (o onde sismiche) in vari mezzi. Le vibrazioni elastiche sorgono nella Terra durante i terremoti, la caduta di meteoriti o le esplosioni e iniziano a propagarsi a velocità diverse dalla fonte del loro verificarsi (la fonte del terremoto) alla superficie della Terra. Esistono due tipi di onde sismiche:

1-onde P longitudinali (le più veloci), attraversano tutti i mezzi: solidi e liquidi;

2 onde S trasversali, più lente e viaggiano solo attraverso mezzi solidi.

Le onde sismiche durante i terremoti si verificano a profondità comprese tra 10 km e 700 km. La velocità delle onde sismiche dipende dalle proprietà elastiche e dalla densità delle rocce che attraversano. Raggiungendo la superficie della Terra, sembrano illuminarla e dare un'idea dell'ambiente che hanno attraversato. Il cambiamento delle velocità dà un'idea dell'eterogeneità e della stratificazione della Terra. Oltre ai cambiamenti di velocità, le onde sismiche subiscono la rifrazione quando attraversano strati disomogenei o la riflessione dalla superficie che separa gli strati.

2.Metodo gravimetrico si basa sullo studio dell’accelerazione di gravità Dg, che dipende non solo dalla latitudine geografica, ma anche dalla densità della materia terrestre. Sulla base dello studio di questo parametro, è stata stabilita l'eterogeneità nella distribuzione della densità in diverse parti della Terra.

3.Metodo magnetometrico- basato sullo studio delle proprietà magnetiche della sostanza terrestre. Numerose misurazioni hanno dimostrato che rocce diverse differiscono l'una dall'altra per le proprietà magnetiche. Ciò porta alla formazione di aree con proprietà magnetiche disomogenee, che consentono di giudicare la struttura della Terra.

Confrontando tutte le caratteristiche, gli scienziati hanno creato un modello della struttura della Terra, in cui si distinguono tre regioni principali (o geosfere):

1-Crosta terrestre, 2-Mantello terrestre, 3-Nucleo terrestre.

Ciascuno di essi, a sua volta, è diviso in zone o strati. Consideriamoli e riassumiamo i parametri principali nella tabella.

1.la crosta terrestre(strato A) è il guscio superiore della Terra, il suo spessore varia da 6-7 km a 75 km.

2.Il mantello terrestreè diviso in superiore (con strati: B e C) e inferiore (strato D).

3. Nucleo - diviso in esterno (strato E) e interno (strato G), tra i quali c'è una zona di transizione - strato F.

Il confine tra crosta e mantello terrestreè la sezione Mohorovicic, tra mantello e nucleo anche un confine netto: la divisione di Gutenberg.

La tabella mostra che la velocità delle onde longitudinali e trasversali aumenta dalla superficie alle sfere più profonde della Terra.

Una caratteristica del mantello superiore è la presenza di una zona in cui la velocità delle onde di taglio scende bruscamente a 0,2-0,3 km/sec. Ciò si spiega con il fatto che, insieme allo stato solido, il mantello è parzialmente rappresentato dallo stato fuso. Questo strato di velocità ridotte viene chiamato astenosfera. Il suo spessore è di 200-300 km, la profondità di 100-200 km.

Al confine tra mantello e nucleo si osserva una forte diminuzione della velocità delle onde longitudinali e un'attenuazione della velocità delle onde trasversali. Sulla base di ciò, si è ipotizzato che il nucleo esterno sia in uno stato di fusione.

I valori medi di densità per le geosfere mostrano un suo aumento verso il nucleo.

Quanto segue dà un'idea della composizione chimica della Terra e delle sue geosfere:

1- composizione chimica della crosta terrestre,

2 - composizione chimica dei meteoriti.

La composizione chimica della crosta terrestre è stata studiata in modo sufficientemente dettagliato: la sua composizione chimica complessiva e il ruolo degli elementi chimici nella formazione di minerali e rocce sono noti. La situazione è più difficile con lo studio della composizione chimica del mantello e del nucleo. Non possiamo ancora farlo utilizzando metodi diretti. Pertanto, viene utilizzato un approccio comparativo. Il punto di partenza è l'ipotesi di somiglianza protoplanetaria tra la composizione dei meteoriti caduti sulla terra e le geosfere interne della Terra.

Tutti i meteoriti che hanno colpito la Terra sono divisi in tipologie in base alla loro composizione:

1-ferro, costituito da Ni e 90% Fe;

Le pietre di ferro 2 (sideroliti) sono costituite da Fe e silicati,

3-stone, costituito da silicati Fe-Mg e inclusioni di ferro nichel.

Sulla base dell'analisi dei meteoriti, degli studi sperimentali e dei calcoli teorici, gli scienziati presumono (secondo la tabella) che la composizione chimica del nucleo sia nichel-ferro. È vero, negli ultimi anni è stato espresso il punto di vista secondo cui oltre a Fe-Ni, il nucleo può contenere impurità di S, Si o O. Per il mantello, lo spettro chimico è determinato dai silicati Fe-Mg, ad es. una specie di olivina-pirosseno pirolite costituisce il mantello inferiore e quello superiore - rocce di composizione ultrabasica.

La composizione chimica della crosta terrestre comprende la massima gamma di elementi chimici, che si rivela nella varietà di specie minerali fino ad oggi conosciute. Il rapporto quantitativo tra gli elementi chimici è piuttosto ampio. Un confronto tra gli elementi più comuni nella crosta e nel mantello terrestre mostra che il ruolo principale è svolto da Si, Al e O 2.

Pertanto, dopo aver esaminato le principali caratteristiche fisiche e chimiche della Terra, vediamo che i loro valori non sono gli stessi e sono distribuiti zonalmente. Dando così un’idea della struttura eterogenea della Terra.

Struttura della crosta terrestre

I tipi di rocce che abbiamo considerato in precedenza - ignee, sedimentarie e metamorfiche - partecipano alla struttura della crosta terrestre. Secondo i loro parametri fisico-chimici, tutte le rocce della crosta terrestre sono raggruppate in tre grandi strati. Dal basso verso l'alto è: 1-basalto, 2-granito-gneiss, 3-sedimentario. Questi strati nella crosta terrestre sono distribuiti in modo non uniforme. Innanzitutto, ciò si esprime nelle fluttuazioni della potenza di ciascuno strato. Inoltre, non tutte le parti presentano una serie completa di strati. Pertanto, uno studio più approfondito ha permesso di distinguere quattro tipi di crosta terrestre in base a composizione, struttura e spessore: 1-continentale, 2-oceanica, 3-subcontinentale, 4-suboceanica.

1. Tipo continentale- ha uno spessore da 35-40 km a 55-75 km nelle strutture montane, contiene tutti e tre gli strati. Lo strato basaltico è costituito da rocce di tipo gabbro e rocce metamorfiche di facies anfibolitica e granulitica. Si chiama così perché i suoi parametri fisici sono vicini ai basalti. La composizione dello strato di granito è gneiss e gneiss di granito.

2.Tipo oceano- differisce nettamente da quello continentale per spessore (5-20 km, media 6-7 km) e per l'assenza di uno strato di granito-gneiss. La sua struttura prevede due strati: il primo strato è sedimentario, sottile (fino a 1 km), il secondo strato è basalto. Alcuni scienziati identificano un terzo strato, che è la continuazione del secondo, cioè ha una composizione basaltica, ma è composta da rocce del mantello ultrabasico che hanno subito serpentinizzazione.

3.Tipo subcontinentale- Comprende tutti e tre gli strati ed è quindi prossimo al continentale. Ma si distingue per uno spessore e una composizione dello strato granitico inferiori (meno gneiss e più rocce vulcaniche acide). Questo tipo si trova al confine dei continenti e degli oceani con intenso vulcanismo.

4. Tipo suboceanico- situati in depressioni profonde della crosta terrestre (mari interni come il Nero e il Mediterraneo). Si differenzia dalla tipologia oceanica per il maggiore spessore dello strato sedimentario fino a 20-25 km.

Il problema della formazione della crosta terrestre.

Secondo Vinogradov, il processo di formazione della crosta terrestre è avvenuto secondo il principio fusione della zona. L'essenza del processo: la sostanza della Proto-Terra, vicina al meteorite, si sciolse a causa del riscaldamento radioattivo e la parte più leggera di silicato salì in superficie, e Fe-Ni si concentrò nel nucleo. Così ebbe luogo la formazione delle geosfere.

Da notare che la crosta terrestre e la parte solida del mantello superiore sono unite litosfera, sotto il quale si trova astenosfera.

Tettonosfera- questa è la litosfera e parte del mantello superiore fino a una profondità di 700 km (cioè fino alla profondità dei focolai sismici più profondi). È chiamata così perché qui hanno luogo i principali processi tettonici che determinano la ristrutturazione di questa geosfera.