Внутрішня будова Землі
У внутрішній будові Землі розрізняють три основні оболонки, або геосфери з різними властивостями: літосфера, мантія і ядро.
Літосфера (кам'яна оболонка) - земна кора і тверда частина мантії, що її підстилає. Пересічна потужність літосфери в океанах 70-80 км, на континентах 120-140 км. Верхній шар літосфери - земна кора - знизу чітко обмежена границею Мохоровичича. На дні океанів ця границя проходить на глибині 5-10 км, під материками вона опускається до 30-40, а в гірських районах - до 65-75 км.
Нижче поверхні Мохоровичича розташована мантія. В її межах прийнято виділяти верхній (до 400 км), середній, або перехідний (400-1 000 км) і нижній (1 000-2 900 км) шари. Верхня мантія неоднорідна за будовою, тому вона є найбільш імовірним джерелом тектонічних і магматичних процесів. Особливо значну роль у цих процесах відіграє астеносфера. Вона розташована під континентами на глибині 120-250 км і на глибині 30-60 км під океанами, наближаючись майже до самого дна у зоні серединно-океанічних хребтів. Астеносфера характеризується пониженою в'язкістю й густиною, а також високою пластичністю. Речовина астеносфери нагріта до 1 200°С і частково перебуває у розплавленому стані. Завдяки цьому вона може переміщуватися у горизонтальному й вертикальному напрямах, спричиняючи глибинні розломи у літосфері та повільні рухи великих блоків земної кори, що залягають вище. Ці процеси, як гадають, є головною причиною формування складчастих гір і утворення океанічних западин (теорія глобальної тектоніки літосферних плит). З ними пов'язані вогнища землетрусів, вулканічна діяльність, родовища корисних копалин глибинного походження тощо.
Під мантією знаходиться ядро, яке поділяють на зовнішню (на глибинах від 2 900 до 5 000 км) і внутрішню (5 000 км і глибше) частину. З речовиною ядра, яка внаслідок надвисокого тиску перебуває в особливо "металізованому" стані, пов'язане магнітне поле. Землі, роль і значення яко ГО розглядалися вище.
На Земній кулі найбільш поширені такі 11 хімічних елементів: кисен водень, кремній, алюміній, натрій, магній, кальцій, залізо, калій, вуглець і титан. На їх частку припадає 99,5 % усіх атомів земної речовини. Таким чином Земля - це своєрідна геохімічна аномалія з надзвичайно підвищеним умістом важких металів. Це має величезне значення для розвитку й підтримання життя у біосфері, оскільки важкі метали входять до складу багатьох ферментів, що забезпечують синтез складних білкових сполук.
Вік Землі оцінюється приблизно в 5 млрд. років. Збільшення планети за рахунок акумуляції космічної речовини з газопилової хмари практично припинилося протягом перших 500 млн. років, коли нагромадилося близько 95-97% її маси.
У процесі свого розвитку Земля перебудовувалася, її речовина постійно змінювалася, переміщувалася, розшаровувалася. Ці процеси й понині тривають. Вони супроводжуються виділенням і поглинанням величезної кількості енергії. Ця енергія. може виділятися внаслідок розпаду радіоактивних елементів, ущільнення речовини Землі при стисненні її та під впливом сил гравітації. За рахунок цієї енергії внутрішні шари Землі мають високу температуру. Завдяки цьому від земних надр до земної поверхні щорічно надходить близько 8,37-1020.Дж тепла. Воно складає тільки 1/5 000 частину сонячного тепла, яке поступає на поверхню Землі, але відіграє важливу роль у всіх процесах, які тут відбуваються.
Маса Землі й густина її речовини визначають силу земного тяжіння. Коли б вона мала меншу масу, то б не могла утримати наявні сьогодні повітряну та водну оболонки. А якби її маса була більшою, то Земля могла, б у значно більшій кількості утримувала такі гази, як водень і метан. Відповідно, склад і вертикальна протяжність атмосфери були б іншими.
Типи земної кори
Земну кору вивчено значно краще, ніж глибинні сфери Землі. Як показали геофізичні дослідження, в будові земної кори беруть участь три шари порід. Верхній шар називається осадовим, бо він складений переважно осадовими породами: пісками, глинами, вапняками та ін. Поширений майже скрізь на планеті, але його товщина коливається в значних межах — від кількох метрів на виходах на поверхню давніх кристалічних порід до 15 км в Баренцовому морі. Середній шар називається гранітним за його схожість за щільністю з магматичними породами — гранітами. Поширений переважно під материками, товщина його змінюється від 0 до 20 км. Верхня частина гранітів в деяких районах, наприклад на Кольському півострові, в північних і центральних районах України, виходить на земну поверхню і доступна для безпосереднього вивчення. Нижній шар земної кори найменш досліджений, умовно названий базальтовим внаслідок схожості за щільністю з цією гірською породою. Як і осадові породи, має повсюдне поширення, а товщини його коливаються від 3 до 40 км.
Особливості будови земної кори під континентами і океанами стали причиною поділу її на два типи: континентальну і океанічну. Границя між ними не збігається з межами материків і океанів, вона проходить по океанічному дну на глибинах 2000—3500 м. Досить часто виділяють ще третій тип земної кори — перехідний: в цій зоні спостерігається чергування ділянок континентальної та океанічної кори.
Континентальний тип земної кори найтовщий. Його середня товщина 43,5 км, мінімальна, близько 20 км, — на стику з океанічною корою, максимальна, до 75 км, — під гірськими хребтами Тибету, Тянь-Шаню, Паміру. В цьому типі здебільшого добре виражені всі три шари порід — осадові, гранітні та базальтові.
Океанічний тип земної кори має малу товщину (5—20 км) при значному поширенні. Характерна його особливість — відсутність гранітного шару. Тому осадові породи незначної товщини залягають безпосередньо над базальтовими.
Для перехідного типу земної кори характерна велика контрастність, властива зонам сучасних геосинкліналей. До перехідного типу належить ділянка кори під Курильською дугою, ділянки, зайняті Чорним, Середземним, Червоним і Карибським морями, а також деякі підводні хребти. Утворення перехідного типу кори пов'язане з активним гороутворенням.
Важливі дані про будову і товщину земної кори на одних і тих самих широтах дають гравіметричні дослідження — вивчення сили тяжіння. Нагадаємо, що її величина є рівнодійною притягання маси Землі і відцентрової сили обертання планети.
Гірські хребти створюють у верхніх шарах додаткову масу і тому повинні б збільшити величину сили тяжіння пропорційно масі гір. В океанах же густина води близько 1 г/см8, тому сила тяжіння над її поверхнею повинна б бути меншою, ніж в горах. Низинні райони на суші займають проміжне положення, і тому логічно припустити, що сила тяжіння тут матиме середньоширотні значення.
Вимірювання показали, що фактично сила тяжіння на одній і тій самій паралелі скрізь практично однакова. Це означає, що в горах вона менша від нормальної, тобто тут проявляється, як прийнято говорити, від'ємна гравіметрична аномалія, на морі сила тяжіння більша розрахункової і аномалія тут додатна, на низовинах величини сили тяжіння близькі до розрахункових.
Рис. 16. Ізостазія: a — рівнина; б і в — гірські країни; г — плато; д — океан; 1 — осадові породи; 2 — гранітний шар; 3 — базальтовий шар; 4 — верхня мантія; 5 — океан; 6 — поверхня Мохоровичича (Мохо)
Такий розподіл сили тяжіння та її аномалій пояснюють ізостазією — зрівноваженням ваги земної кори різної густини на верхній мантії. Гірські хребти мають глибокі, але легкі "корені", а океанічне дно складене переважно важкими базальтовими породами (рис. 13). Якщо десь порушена рівновага від зміни навантаження, земна кора поступово спливає (наприклад при руйнуванні гір, таненні льодовиків та ін.) або занурюється в мантію, якщо її вага збільшується. Таким чином, земна кора ніби "плаває" на верхній мантії, а нижня межа кори дзеркально відображає рельєф поверхні Землі. У цьому відношенні кора нагадує айсберг в океані. Згідно із законом Архімеда, всі айсберги, щоб вони могли плавати, мають бути глибоко занурені у воду. Чим вищий айсберг, тим більша його підводна частина. Цей закон можна застосувати і для земної кори — материки мають товстішу кору ніж опущені простори океанічного дна.
Описане явище ізостазії означає, що океан — це не тільки результат наявності води в ньому; поділ земної поверхні на сушу і море зумовлений різною будовою надр Землі. Материки не можуть опуститися нижче рівня Світового океану, бо вони складені головним чином легкими гірськими породами. У будові океанічного дна переважають більш важкі породи. Таким чином, материк не може перетворитися в океан і навпаки.
Думки щодо поділу земної кори на різні типи дотримуються не всі вчені. Деякі геологи вважають, що земна кора скрізь на Землі однакова. Виявлені ж відмінності в характері проходження сейсмічних хвиль і розподілі сили тяжіння пояснюються тим, що кора під океаном зазнає величезного тиску водних мас і насичена водою. Це і змінює її властивості.
Важливі дані про будову земної кори дають відомості, одержані в процесі глибокого буріння. Так, результати аналізів гірських порід, взятих з Кольської надглибокої свердловини, виявилися досить несподіваними. Там, де за геофізичними даними передбачалася наявність базальтового шару (у зв'язку з різкою зміною швидкості проходження хвиль), свердловина пересікла світлі архейські гнейси. Це дуже змінені, чи мета-морфізовані, гірські породи осадового або магматичного походження з високим вмістом кремнезему, і, що дуже важливо, одна з головних складових частин гранітного шару. Виникає питання: невже всі здогадки геологів і геофізиків про будову глибоких надр земної кори виявилися неправильними? Ні, це не так. Надглибоке буріння ще раз показало, наскільки складні природні процеси і яка непроста будова кори. У даному випадку різка зміна швидкостей хвиль пов'язана не з переходом від гранітного шару до базальтового, а з розущільненням порід за рахунок утворення тріщин в процесі звільнення води з кристалічних сіток мінералів під впливом високого тиску і температури.
Результати глибокого буріння змінили уявлення про характер розподілу температур в надрах Землі. Раніше вважалося, що в межах Балтійського щита й у подібних йому регіонах збільшення температур з глибиною незначне. Очікувалося, що на глибині близько 7 км температура досягає 50е, а 10 км — 100°. Насправді температура виявилася значно вищою. До глибини 3 км температура збільшувалася на 1° через кожні 100 м, що відповідало розрахункам. Але далі її приріст досяг 2,5° на кожні 100 м, і, таким чином, на глибині 10 км температура виявилася рівною 180°. Допускають, що висока температура — наслідок інтенсивного теплого потоку, який іде від розігрітої мантії.
Щоб краще вивчити глибинну будову Землі, передбачається закласти кілька нових надглибоких свердловин у різних районах Землі. Деякі з них повинні досягнути границі Мохоровичича. Це означає, що в недалекому майбутньому до рук учених попадуть унікальні зразки геологічних порід. Цілком ймовірно, що глибоке буріння дозволить виявити родовища корисних копалин, розширить уявлення людей про будову надр Землі.
Рельєф землі і його зміни в часі
Якщо ти бував у туристських походах, то напевне помічав, що поверхня Землі нерівна. Підйоми і спуски, глибокі яри і широкі річкові долини, горби і гори, ущелини і гострі вершини — все це створює рельєф Землі.
Рельєф материкової та океанічної земної кори різноманітний. Проте і на суходолі, і на дні Океану виділяються дві його основні форми: гори і рівнини. Рівнини — це рівні або горбисті великі простори суходолу і дна Океану, на яких висоти сусідніх точок мало відрізняються одна від одної. Гори — це ділянки земної поверхні, високо підняті над навколишньою місцевістю, що мають дуже розчленований рельєф.
