• Напечатать
• Спросить
• Отправить другу
• Поделиться
  • Facebook
  • Twitter
• Подписаться на новости

Внутрішня будова Землі

Більшість процесів, що відбуваються у надрах Землі, тією чи іншою мірою, безпосередньо або побічно відбиваються на особливостях будови поверхні, отже, становлять" прямий, інтерес як для геоморфологів, так і для практиків, чия діяльність так чи інакше пов'язана з рельєфом.

Цілком очевидно, що вивчення глибинної будови Землі, характеру і спрямування процесів, які протікають у земних надрах, неможливе без застосування системи спеціальних методів інших наук, що мають справу з відкритими (а не схованими на глибині) об'єктами дослідження.

Методи геологічних досліджень

Найбільш достовірними і надійними з методів, що застосовуються геологами, вважають методи польових геологічних досліджень, при яких у руки геолога потрапляють натуральні взірці порід, мінералів та інших геологічних утворень. До цих методів відносять не тільки збір взірців безпосередньо на поверхні або аналіз відслонення порід на схилах річкових долин, ярів чи кар'єрів, а й визначення будови приповерхневих шарів Землі за допомогою гірничих виробок (свердловин, шахт тощо).

Єдиний, але дуже суттєвий недолік методів польових зйомок полягає в обмежених можливостях проникнення у товщу Землі: найглибша шахта сягає лише 4 км (м. Йоганнесбург, Південна Африка), а найглибша свердловина ледь сягнула за 12 км (сел. Заполярний на Кольському півострові). У світі можна назвати ще кілька десятків свердловин глибиною до 9-10 км (серед них і "Шевченківська-І" на Харківщині). Все, що розміщене на більших глибинах, поки що залишається за межами прямого дослідження.

Отже, основну інформацію про глибинну будову Землі людство одержує через систему побічних методів - геофізичних, геодезичних, астрономічних та ін.

Під геофізичними методами розуміють дослідження Землі за допомогою фізичних приладів і закономірностей. Серед цих методів назвемо сейсмометрію (вивчення особливостей поширення поздовжніх і поперечних пружних коливань у товщі Землі), магнітометрію (вивчення зміни магнітних властивостей порід), гравіметрію (вивчення розподілу сили тяжіння з глибиною та по площі), електрометрію тощо. Комплексне застосування різних геофізичних методів дозволяє визначити глибинне розміщення різних шарів порід, встановити положення границь між ними, висловлювати припущення про склад і фізичний стан порід у цих горизонтах.

Геодезичні методи дозволяють за допомогою інструментальних вимірювань на поверхні Землі (нівелювання, теодолітні та мензульні зйомки тощо) визначати та оконтурювати на місцевості і на картах ті чи інші геологічні структури (зони підняття або занурення порід, горизонтального переміщення блоків та ін.).

Астрономічні методи дають можливість висловлювати міркування про глибинну будову Землі на основі аналізу руху небесних тіл, поведінки Землі на орбіті, вивчення складу метеоритів тощо. Останнім часом вони одержали новий поштовх завдяки космічним дослідженням.

Комплексне використання згаданих та інших методів дозволяє виділити в Землі три основних оболонки: земну кору, мантію і ядро.

Земна кора

Таку назву одержала сама верхня оболонка Землі, що утвори лея внаслідок виплавлення (виверження) речовини з більш глибоких горизонтів у процесі еволюції планети. У корі зустрічаються всі відомі хімічні елементи, проте основну роль у її будові відіграють О, Si, Al; серед інших переважають Fe, Ca, Na, K, Mg.

Однак у чистому вигляді різні елементи зустрічаються рідко. Найчастіше вони утворюють закономірні сполуки, які називають мінералами. Агрегатні тіла, що складаються з певних мінералів і мають певні фізичні властивості, називають гірськими породами. За характером переважаючих порід у земній корі виділяють три шари: осадовий, гранітний та базальтовий.

За потужністю і особливостями будови розрізняють два основних типи кори - материкову та океанічну.

Материкова кора має середню потужність близько 35 км, змінюючи її від 30 км (під давніми рівнинами - платформами) до 40-85 км (під горами). Основу материкової кори становить гранітний шар (точніше - магматичні і метаморфічні породи, за складом і властивостями близькі: до гранітів), який перекривається осадовим шаром (потужність 0-15 км) і підстеляється базальтовим шаром (породи, за властивостями близькі до базальтів).

Океанічна кора (потужність перевищує 5-15 км) утворена в основному породами базальтового типу, перекритими відносно тонким (до 1км) шаром осадових відкладів.

На контактах між цими двома типами земної кори, де перемішуються їх властивості, часто виділяють кору перехідного типу.

Температура земної кори визначається внутрішнім теплом планети. Лише порівняно тонкий приповерхневий шар (у помірних широтах - до глибини 20 м від поверхні) прогрівається Сонцем і відчуває сезонні коливання температури. Пересічно температура у товщі кори зростає на 3°С при зануренні на кожні 100 м, досягаючи на межі з мантією 500-1000°С (цю межу часто називають за іменем її першовідкривача - югославського сейсмолога А. Мохоровичича, або скорочено - "поверхня Мохо").

З глибиною зростає і тиск у земній корі, сягаючи у її нижніх шарах 10000 атмосфер.

Середня густина речовини в корі становить 2,74 г/см³ (граніт), зростаючи у базальтовому горизонті до 3,5 г/см³.

За сучасними уявленнями, кора виплавлялася з речовини мантії у процесі її тривалої фізико-хімічної та гравітаційної диференціації. При цьому формувалися базальтовий та гранітний горизонти, а осадовий шар утворився дещо пізніше, як наслідок руйнування більш древніх відкладів.

Вся історія земної кори являє собою безперервний процес формування і розвитку найрізноманітніших піднять і прогинів. У рухомих (так званих геосинклінальних) зонах прогини і підняття мають видовжену форму (іноді на сотні і тисячі кілометрів), де швидкість вертикальних переміщень вимірюється сантиметрами на рік, а загальна їх амплітуда сягає кількох кілометрів. Такі підняття і прогини зумовлюють контрастне почленування земної поверхні на крупні форми рельєфу - гори, западини тощо.

В той же час у більш стабільних ділянках кори (платформах) зони піднять та прогинів охоплюють великі площі, мають здебільшого округлу або неправильну форму у плані, а швидкість вертикальних переміщень не перевищує міліметрів (або й частки міліметра) на рік, утворюючи тут області з незначними контрастами поверхні. Більш детально на характеристиці перебудовчих процесів, які зароджуються у мантії Землі і називаються тектонічними, ми зупинимося у спеціальному розділі.

Мантія Землі

Мантією називають проміжну (між земною корою і ядром) оболонку, що простягається до глибини 2900 км і відрізняється від кори головним чином за фізичними параметрами. Складена переважно з оксидів Si, Mg, Fe.

Густина речовини зростає з глибиною від 3,6 до 5,5 г/см³; тиск на межі з ядром перевищує 1,3 млн. атм., а температура збільшується від 1000-1200°С у верхніх шарах до 3800-4700°С поблизу нижньої границі. Наведені цифри, звичайно, досить наближені, оскільки одержані вони не прямими спостереженнями, а за допомогою комплексу побічних методів (геофізичних тощо).

3 точки зору морфогенезу (рельєфотворення) особливу цікавість становить верхня мантія (до глибини 300-400 км від поверхні Землі), де на глибинах 100-350 км розміщується зона відносного пом'якшення і рухомості порід - астеносфера. Тут температури зростають більш інтенсивно, ніж густина, в зв'язку з чим достатньо навіть незначного зменшення тиску, щоб речовина астеносфери розплавилася, утворюючи високотемпературну тістоподібну масу - магму (від грецьк. -"місиво").

При плавленні зменшується густина речовини, отже, зростає її об'єм, і магма вривається (вивергається) в земну кору, застигаючи в ній (інтрузивний магматизм), або й повністю прориває товщу кори і виливається на її поверхню (ефузивний магматизм або вулканізм). Частина верхньої мантії, розташована над астеносферою, разом із земною корою утворюють єдиний генетичний комплекс, відомий під назвою літосфера (з грецьк. - "кам'яна оболонка").

З верхньою мантією Землі, крім магматизму, пов'язані також землетруси, тектонічні зрушення у земній корі та на її поверхні. Саме зважаючи на важливість процесів, що протікають у верхніх шарах мантії, з 1960 р. здійснюється міжнародний дослідницькій проект "Верхня мантія Землі", розрахований на кілька десятиріч. Активну участь у реалізації цього проекту беруть і фахівці України, хоч в останні роки через відому економічну скруту в державі реалізація спеціальних робіт за його програмою тимчасово призупинена.

Серед процесів у більш глибоких шарах мантії (нижня мантія), які мають геоморфологічне значення, відзначимо диференціацію речовини (важкі елементи опускаються до центру Землі, формуючи її ядро, а більш легкі витискуються до поверхні). Ці конвекційні потоки речовини виступають як головний рушійний механізм у розвитку планети. Так, замикаючись у верхній мантії, згадані переміщення призводять до утворення горизонтальних астеносферних течій. Не дивлячись на незначну швидкість (сантиметри на рік), ці течії зумовлюють розкол літосфери на окремі брили і спричинюють їх переміщення у просторі, відоме під назвою дрейф материків.

Ядро Землі

Центральна частина планети має не зовсім вияснену хімічну будову і фізичний стан (одні дослідники вважають ядро переважно залізним, інші - силікатним). Однак очевидно, що при надвисоких температурах (понад 4000-5000°С) і величезному тиску (понад 3,5 млн. атм.) відбувається повне переродження хімічних властивостей речовини: електронні оболонки атомів руйнуються й їх ядра немов би розчинюються у загальній масі електронів. Отже, до речовини ядра не підходить жодна з назв відомих нам хімічних елементів.

За наявними геофізичними даними стверджується, що зовнішнє ядро (на глибинах 2900-5100 км) знаходиться у розрідженому стані, в той час як внутрішнє ядро обов'язково повинне бути твердим (в іншому випадку неодмінно змінився б характер руху планети).

Таким чином, на морфогенезі Землі різною мірою відбиваються особливості природи всіх трьох внутрішніх оболонок. При цьому вирішальну роль відіграють процеси, що протікають у літосфері та астеносфері, і в першу чергу - у земній корі.

Зважаючи на це, для геоморфології принципове значення мають особливості будови і складу саме земної кори. Ми вже згадували, що речовинній склад земної кори визначається різноманітним сполученням хімічних елементів, які утворюють мінерали і гірські породи - своєрідні "атоми" і "молекули" тіла кори. Коротко зупинимося на їх особливостях.

29.11.2011