Слои Земли
Слоистая структура Земли связана с тем, как она сформировалась как планета около 4,5 миллиардов лет назад. Т.е. в составе пылегазового облака.
Структуру Земли можно разделить на три основных слоя на основе химических различий. Его также можно разделить на пять основных слоев на основе физических (или реологических) различий.
От сброса давления в виде вулканов и землетрясений до сохранения магнитного поля Земли, различные слои взаимодействуют, создавая геологические структуры и явления, необходимые для поддержания всех известных форм жизни.
Подобно луковице, Земля , по которой вы пьете, едите, дышите и бродите, представляет собой нечто большее, чем ее огромные горы и глубокие океаны. Несмотря на наши неустанные усилия по высадке на другие планеты и поиску нового «обитаемого» дома, тайны еще не раскрылись прямо у нас под ногами.
Как образовалась Земля: понимание слоев Земли приводит к теории ее происхождения
Во-первых, нужно задуматься о формировании Земли, чтобы понять, как Земля приобрела свою слоистую структуру. Одна из ведущих теорий относится к тому времени, когда наша Солнечная система была просто «солнечной туманностью», то есть вращающимся облаком газа и пыли примерно 4,5 миллиарда лет назад. звезда, которая служит фокусом нашей Солнечной системы, Солнце . В это время родилась Земля.
Солнечный ветер, непрерывный поток заряженных частиц из верхних слоев атмосферы Солнца, уносил более легкие элементы, такие как водород и гелий. Проще говоря, материал, оставшийся после образования солнца, начал собираться вместе.
Концептуальное изображение большого взрыва
Тяжелые, каменистые материалы, оставшиеся позади, слиплись вместе, чтобы сформировать более мелкие земные объекты, такие как планеты, включая Землю. Относительно более тяжелые элементы, такие как железо и никель, опустились к центру Земли. В то же время кремний и кислород поднимались к поверхности Земли. Однако в это время вся Земля оставалась расплавленной.
Даже в рамках этой широко распространенной идеи ученые до сих пор недоумевают, как образовалась Земля. Тем не менее, существуют и другие вопросы, такие как; Каков состав Земли? Сколько существует слоев Земли? И чем они отличаются? Как они влияют на события на Земле? А еще лучше, есть ли там что-нибудь еще?
Как сейсмология раскрывает слои Земли?
Благодаря развитию сейсмологии мы теперь знаем ответы на многие вопросы, касающиеся недр Земли. Ученые могут использовать свои знания о звуковых волнах того же типа, которые генерируются землетрясениями , для изучения природы слоев Земли.
Они смотрят, как ведут себя звуковые волны при прохождении через разные слои Земли. Это сделало возможной разработку простой модели, подобной той, что показана ниже, показывающей внутреннюю часть Земли.
Каковы химические слои Земли?
Строение Земли на основе химических различий
Как правило, в недрах Земли есть три основных слоя. К ним относятся кора, мантия и ядро, которое само делится на два слоя — внутреннее ядро и внешнее ядро.
Эти слои не только различаются по своему составу и характеристикам, но и по-разному влияют на ход событий, происходящих на поверхности Земли. Итак, без лишних слов, давайте углубимся в таинственные слои под нами.
Из чего состоит земная кора и какой она толщины?
Лучшая часть пиццы — это ее корочка, верно? У Земли есть кора, хотя у этой нет сыра, и по сравнению с другими ее слоями эта часть относительно тонкая. Этот слой существует в двух разных формах; континентальная и океаническая кора.
Континентальная кора богата кислыми материалами, содержащими элемент, называемый кремнеземом. Его толщина составляет около 20-70 километров. С другой стороны, океаническая кора состоит из основных материалов, богатых железом и магнием, и имеет толщину примерно 5-10 километров.
Тем не менее, одним из наиболее важных различий между континентальной и океанической корами является их плотность. Океаническая кора более плотная, чем континентальная. Поэтому, когда кусок океанической коры сталкивается с континентальной корой, первый скользит под второй в процессе, называемом субдукцией.
Горная порода, содержащая цирконы возрастом от 3,05 до 4,404 миллиарда лет — Джек-Хиллз, Западная Австралия.
Субдуцированная океаническая кора затем погружается глубже в слой Земли, известный как мантия (мы скоро доберемся до этого, постепенно углубляясь, прежде чем в конечном итоге разрушиться. Древнейшей известной континентальной коре 4 миллиарда лет, в то время как древнейшей океанической коре всего 340 лет). миллион лет.
Из чего состоит «пластмассовая» мантия Земли и насколько она толстая?
Под корой находится твердый, но податливый слой, называемый мантией. Этот слой достигает температуры 3500 градусов по Цельсию с давлением в миллион раз превышающим атмосферное давление на поверхности Земли.
Мантия имеет толщину около 2900 километров (1802 мили) и составляет 84% от общего объема Земли. Он в основном состоит из ультраосновной породы, называемой перидотитом. Эта порода в основном состоит из минерального оливина, состоящего из кристаллов MgFeSiO4.
Когда Земля начала формироваться около 4,5 миллиардов лет назад, железо и никель быстро отделились от других горных пород и минералов, образовав ядро планеты (мы перейдем к этому слою далее). Расплавленный материал вокруг ядра был ранней мантией, которая охлаждалась в течение миллионов лет.
Во время этого охлаждения происходил процесс, называемый «дегазацией», когда вода внутри минералов извергалась с лавой. По мере того как дополнительная вода высвобождалась в виде газа, мантия затвердевала.
Как мантия производит ксенолиты?
Зеленый ксенолит возрастом 580 000 лет, содержащий перидотит мантийного происхождения
Поскольку мантия практически недоступна, сложно определить ее химический состав с высокой степенью точности. Мы знаем, что породы, составляющие мантию, в основном состоят из силикатов и оксида магния.
Тем не менее, ксенолиты предоставляют ценную информацию о мантии Земли. Это странные включения, обнаруженные геологами в застывших магматических породах (магматических породах). Ксенолиты содержат образцы мантии, и ученые могут изучать их химические свойства, чтобы понять, на какой глубине они образовались.
Один из основных типов мантийных ксенолитов имеет зеленый цвет и содержит мантийный перидотит.
Как мантия производит алмазы?
Кимберлитовый ксенолит: крупный необработанный белый алмаз
Алмазы формируются на большой глубине не менее 150 километров. Ученые знают это, исследуя ультраосновной ксенолит, называемый кимберлитом . Такие глубины находятся в ограниченных зонах мантии Земли с очень высокими давлениями и температурами не менее 2000 градусов по Фаренгейту (1093 градуса по Цельсию).
По мнению геологов, извержения глубинных вулканов выносят на поверхность алмазы, образовавшиеся в мантии.
Что такое D-слой мантии?
Мантия состоит из различных слоев. К ним относятся верхняя мантия, переходная зона и нижняя мантия. Он также состоит из слоя D" (двойной штрих D), загадочного, но геологически значимого слоя, называемого слоем D", где встречаются мантия и внешнее ядро.
Хотя природа этого слоя до сих пор неизвестна, у ученых есть некоторые гипотезы (конечно же). Некоторые считают, что этот слой является местом, где в конечном итоге оседают субдуктивные океанические плиты. Напротив, некоторые считают, что это происхождение мантии.
Крупнейшие в мире вулканы могли образоваться из слоя D" мантии
В областях, где поток тепла от ядра Земли больше, цилиндрические области горячей восходящей мантии зарождаются изнутри слоя D". Эти мантийные плюмы вызвали некоторые из крупнейших вулканов в истории Земли, некоторые из которых расположены в Гавайи, Исландия и Йеллоустоун в США
Накопление области слоя D" также имеет значение для запуска инверсий магнитного поля. Знаете ли вы, что последняя инверсия была около 780 000 лет назад? И, возможно, скоро произойдет следующая.
Что такое внутреннее и внешнее ядро Земли? Чем они отличаются?
Примерно на высоте 2900 километров (1802 мили) слой D″ уступает место жидкому слою, богатому железом и никелем, называемому внешним ядром. Этот слой далее разделяется на твердое внутреннее ядро.
Внешнее ядро представляет собой жидкость из-за чрезвычайно высоких температур и давления. Однако сильное давление, увеличивающееся дальше во внутреннее ядро, затвердевает из железа и никеля, изменяя температуру плавления.
Что представляет собой жидкое внешнее ядро Земли?
Железо и никель внешнего ядра испытывают температуру, достигающую 5500 градусов по Цельсию (9932 по Фаренгейту), а давление в 300 миллионов раз превышает атмосферное давление на поверхности. В результате внешнее ядро находится в маловязком флюидном состоянии. Толщина внешнего ядра составляет около 2200 километров, а радиус простирается примерно на 3400 километров.
Плотность внешнего ядра оценивается намного выше, чем плотность мантии или тонкой коры, и составляет от 9 900 до 12 200 кг/м3. Поскольку этот слой является жидкостью, он может легко конвектировать, перенося тепло в мантию через слой D″.
Конвекция внешнего и внутреннего ядра и теория генерации магнитного поля
Этот конвекционный поток далее преобразуется в большие цилиндрические спирали из-за вращения Земли. Железо, электропроводящий материал, создает электрическое поле, вращаясь в магнитном поле Земли.
Это создает дополнительное магнитное поле, которое усиливает исходное магнитное поле. Средняя напряженность магнитного поля во внешнем ядре Земли оценивается в 50 раз больше, чем магнитное поле на поверхности Земли.
На отметке 5100 километров давление становится настолько большим, что железо переходит в твердую фазу. Эта граница называется «разрывом Буллена», обозначающим границу между жидким внешним ядром и твердым внутренним ядром.
Что такое твердое внутреннее ядро Земли?
Внутреннее ядро имеет радиус около 1220 километров и имеет температуру чуть ниже, чем у поверхности Солнца. Плотность внутреннего ядра составляет 12 600-13 000 кг на кубический метр (кг/м3). Он почти полностью состоит из металлов, особенно никеля и железа, а также серы и элементов, растворяющихся в железе, таких как золото, платина и кобальт.
Сам сердечник не создает магнитного поля. Однако это помогает зафиксировать силовые линии и стабилизировать магнитное поле, создаваемое движением внешнего ядра.
Поскольку внутреннее ядро не имеет прочной связи с твердой мантией Земли наверху, оно вращается быстрее, чем сама Земля! Это явление называется супервращением.
Каковы физические (реологические) слои Земли?
Обсуждаемые выше слои относятся к пониманию внутренней части Земли на основе химических различий. Как показано ниже, ученые также могут группировать слои Земли на основе их механических (или реологических) различий.
В зависимости от реологических различий выделяют пять слоев: литосфера, астеносфера, внешнее ядро, внутреннее ядро и мантия.
Эта «реологическая» дифференциация связана с движением жидкого состояния горных пород в условиях высокой температуры и давления. Например, породы, расположенные в сотнях и тысячах километров, будут иначе реагировать на деформацию при нормальной атмосферной температуре и давлении, чем близкие к поверхности.
Структура Земли на основе физических различий
Как слои Земли вызывают землетрясения и горообразование?
Литосфера и астеносфера играют важную роль в объяснении теории тектоники плит, которая описывает, как происходят землетрясения, вулканы и события горообразования. По сути, литосфера состоит из земной коры и верхней мантии и разделена на огромные скальные плиты.
Эти плиты расположены поверх астеносферы, слоя горных пород, который все еще частично расплавлен. Плиты движутся относительно друг друга с различной скоростью от двух до 15 сантиметров (от одного до шести дюймов) в год в результате конвекции астеносферы и литосферы.
Разлом Сан-Андрес в Калифорнии, США
Многие различные геологические структуры, в том числе Восточно-Африканский разлом и разлом Сан-Андреас в Калифорнии, являются результатом этого взаимодействия тектонических плит.
Жизнь стала возможной благодаря динамической многослойной структуре Земли.
Правда в том, что Земля остается странным и загадочным местом. Как и другие небесные объекты, претерпевающие изменения и эволюции, наша Земля не является готовым продуктом. И это, конечно, не то же место, что и при первом формировании.
От непрерывного дрейфа и столкновения ее тектонических плит и постоянных конвекционных потоков в ее недрах до ее постоянно растущего ядра Земля будет продолжать меняться даже через эпохи.
По сути, вся известная жизнь в космосе поддерживается многослойной архитектурой Земли. Возникает вопрос, могут ли существовать другие многослойные и пригодные для жизни планеты?