Контрольная работа: Внутреннее строение Земли

Внутреннее строение Земли

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЕГАЗОВЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА

«КАФЕДРА ГЕОЛОГИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НЕФТИ И ГАЗА»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине: «ГЕОЛОГИЯ»

Тема: «Внутреннее строение Земли»

Выполнил: студент группы БСб(до)з-14-1(ЦДО)

Федоров П.В.

Проверил: Т.А. Фарносова

Тюмень 2015

Оглавление

. Основные границы раздела в Земле

. Земная кора. Особенности строения континентальной и океанической типов коры

. Мантия, особенности ее строения и положения в Земле. Астеносфера и литосфера, их определение и положение в разрезе Земли

. Ядро, его строение

. Химический состав Земли: основные химические элементы, слагающие земную кору, мантию и ядро. Агрегатное состояние вещества геосфер Земли, плотность

Список использованной

1. Основные границы раздела в Земле

Современные представления о внутреннем строении и составе вещества Земли получают на основании изучения и интерпретации главным образом таких геофизических полей, как поле силы тяжести, геомагнитное, электромагнитное и сейсмическое поля. Эти поля создаются либо непосредственно физическими неоднородностями и динамикой глубинного вещества, либо являются откликом (реакцией) последних на внешние или внутренние естественные или искусственные воздействия. Каждое поле обусловливается только ему присущими физическими характеристиками вещества: поле силы тяжести связано с плотностью, геомагнитное поле - с намагниченностью, электромагнитное поле - с электропроводностью и сейсмическое поле - с упругими свойствами вещества.

Геофизики располагают теорией поля, аналитически описывающей связь полей с физическими характеристиками и формой возмущающих объектов (тел). Это инструмент геофизика, с помощью которого по наблюденным геофизическим полям дается оценка особенностей внутреннего строения Земли с различной степенью детальности - от характеристики структуры крупных оболочек Земли до определения параметров тех или иных месторождений полезных ископаемых.

Рис.1. Внутренее строение Земли

Сначала определимся с фигурой Земли. Под фигурой Земли в настоящее время понимают тело, поверхность которого совпадает с невозмущенной ветровыми течениями и приливными явлениями поверхностью мирового океана и сообщающихся с ним морей, продолженная под континенты по закону эквипотенциальной поверхности. Эту фигуру называют геоидом. Масса геоида, моменты инерции и скорость его вращения равна соответствующим величинам для Земли в целом.

Рис.2. Состав ядра и мантии Земли

земля кора ядро

В научных и практических исследованиях геоид аппроксимируется гидростатически равновесным однородным эллипсоидом вращения, а поверхность геоида характеризуется отклонениями (ундуляциями) ее от поверхности эллипсоида.

2. Земная кора. Особенности строения континентальной и океанической типов коры

По своим физико-химическим параметрам все породы земной коры группируются в три крупных слоя. Снизу вверх это: 1-базальтовый, 2-гранито-гнейсовый, 3-осадочный. Эти слои в земной коре размещены неравномерно. Прежде всего, это выражается в колебаниях мощности каждого слоя. Кроме того, не во всех частях наблюдается полный набор слоев. Поэтому более детальное изучение позволило по составу, строению и мощности выделить четыре типа земной коры: 1-континентальный, 2-океанский, 3-субконтинентальный, 4-субокеанский.

. Континентальный тип- имеет мощность 35-40 км до 55-75 км в горных сооружениях, содержит в своем составе все три слоя. Базальтовый слой состоит из пород типа габбро и метаморфических пород амфиболитовой и гранулитовой фаций. Называется он так потому, что по физическим параметрам он близок базальтам. Гранитный слой по составу - это гнейсы и гранито-гнейсы.

.Океанский тип - резко отличается от континентального мощностью (5-20 км, средняя 6-7 км) и отсутствием гранито-гнейсового слоя. В его строении участвуют два слоя: первый слой осадочный, маломощный (до 1 км), второй слой - базальтовый. Некоторые ученые выделяют третий слой, который является продолжением второго, т.е. имеет базальтовый состав, но сложен ультраосновными породами мантии, подвергшихся серпентинизации.

.Субконтинентальный тип - включает все три слоя и этим близок к континентальному. Но отличается меньшей мощностью и составом гранитного слоя (меньше гнейсов и больше вулканических пород кислого состава). Этот тип встречается на границе континентов и океанов с интенсивным проявлением вулканизма.

. Субокеанский тип - располагается в глубоких прогибах земной коры (внутриконтинентальные моря типа Черного и Средиземного). От океанского типа отличается большей мощностью осадочного слоя до 20-25 км.

Проблема формирования земной коры.

По Виноградову- процесс формирования земной коры происходил по принципу зонной плавки. Суть процесса: вещество Протоземли, близкое к метеоритному, в результате радиоактивного прогрева расплавлялось и более легкая силикатная часть поднималась к поверхности, а Fe-Ni концентрировалась в ядре. Таким образом, происходило формирование геосфер.

Следует отметить, что земная кора и твердая часть верхней мантии объединяются в литосферу, ниже которой располагается астеносфера.

Тектоносфера - это литосфера и часть верхней мантии до глубин 700км (т.е. до глубины самых глубоких очагов землетрясений). Названа так потому, что здесь происходят основные тектонические процессы, определяющие перестройку этой геосферы.

. Мантия, особенности ее строения и положения в Земле. Астеносфера и литосфера, их определение и положение в разрезе Земли

Нижняя мантия

Слой D соответствует нижней мантии Земли, ее второй крупнейшей сферической («каменной») оболочке, протяженность которой по радиусу составляет 700-2900 км, т. е. 2200 км.

Нижняя граница сферы достаточно четкая, представлена упругими породами Верхняя граница прослеживается на глубине 700 км, где проходит существенная минералокристаллографическая граница и не фиксируются самые глубокие землетрясения. Нижней мантии свойственны плотности пород 4,7 - 5,7 г/см3, а распределение сейсмических скоростей относительно равномерное. Характерные температуры оболочки 1500 - 3000 К.

Данная оболочка в основном силикатно-окисное образование, литологически выраженное кремнекислородпыми породами. Содержание железа уменьшается и сдвигается на третье - пятое место, возрастают и выходят на первые места кислород, кремний, магний, алюминий и их оксиды, уменьшается содержание калия.

В нижней части ее (до 1000 км) формируется и местами преобладает минеральный состав вещества (в отличие от химического состава ядра). Имеются три предположения о его строении: первое - о преобладании в нижней мантии перовскита (с участием ильменита и периглаза); второе - об алюмосилнкатной (и магнезиально-железосиликатной) природе толщи; третье - о наличии плотно упакованных оксидов кремния, магния, кальция и железа или их ионов (вместе с ионами кислорода).

Верхняя мантия

Слой С может быть отнесен к интервалу 700-450 км. Плотность составляет 3,6- 4,7 г/сма. Температура слоя до 1400-2200 К.

В интервале 700-650 км отмечается переходная зона между двумя минералами, где перовокит превращается в шпинель.

Зона в интервале от 650 до 450 км - это главная зона господства шпинели с плотной упаковкой. Каждый атом кремния в ее структуре окружен четырьмя атомами кислорода (это знакомый нам тетраэдр).

Выше по радиусу, в интервале 450-390 км, фиксируется новая переходная минералогическая зона, где шпинель переходит в оливин. При этом кристаллическая решетка перестраивается в сторону менее плотной упаковки (структура тетраэдра сохраняется). Смена шпинели на оливин может означать переход к верхней мантии (зона В).

Состав мантии на этом уровне еще определяется неполно из-за изменений химического состава при выносе мантийного вещества на поверхность.

Мантия - плохой проводник тепла, ей больше присущи изолирующие свойства. По-видимому, наилучшими изоляторами являются две раздельные части в нижней и верхней мантии, работающие по принципу «двойных рам».

Слой В, или оливиновая часть верхней мантии, находится в интервале от 200 до 390 км; по схеме Буллена- Плотность пород составляет 3,3-3,6 г/см3. Температура приблизительно 1100 К.

Главной породой данного слоя являются перидотиты; их наличие было предсказано В. А. Магницким еще в 60-х годах. Основным породообразующим минералом перидотитов (свыше 90%) служит оливин, силикат магния (типа MgS04), где вокруг одного атома кремния расположены четыре атома кислорода; встречаются такие минералы, как гранат, пироксен, хромшпинелид. Перидоиты, расположенные несколько выше кровли оливиново-о слоя, начинают встречаться в кимберлитовых трубках (с глубины 150 км, по другим данным ниже).

Астеносфера

Слой А (только его нижняя часть), «геосфера без прочности», в свете новых данных рассматривается как астеносферная зона низких скоростей, распространенная в интервале 0-200 км и приближающаяся к поверхности в области океанов, в зонах океанических хребтов, на островах вулканического типа. Сверху слой А прикрыт лишь континентальной или океанической корой. Для нее характерны плотностные неоднородности, пониженное вязкое, более пластичное состояние, разнохарактерные тепловые потоки, частые землетрясения, активные перемещения горячей магмы и др.

Состояние вещества аморфное, стекловидное, расплавленное и в ограниченных количествах жидкое. Оно может быть нормальным (усредненным) или разуплотненным.

По составу пород верхние части астеносферы полностью или большей частью представлены разжиженными базальтами, обогащенными натрием и калием (щелочами). Все океаническое дно покрыто слоем выплавленных из мантии базальтов, мощность которого под срединно-океаническими хребтами составляет, по меньшей мере 3 км». Базальты извергаются также и отдельными вулканами, их продуктивные магмы, находящиеся в расплаве, медленно движутся снизу вверх и частично выплавляются из перидотитов, слагающих наиболее значительную часть астеносферы.

Астеносфера - основной исходный слой для формирования средних и мелких очагов возбуждения, главный резервуар сложных магматических процессов, источник большинства землетрясений на поверхности Земли.

Положение кровли астеносферы неодинаковое; она сравнительно глубоко залегает под древними щитами и плитами (равнинами) на материках и очень высоко поднимается по разломам некоторых океанических островов.

Вертикальные движения - это обычные конвекционные температурно-плотностные восходящие и нисходящие перемещения плюс погружения отдельных пластин и глыб, отделившихся от литосферы; основные движения по вертикали связаны с ячейками и их стенками. В горизонтальных движениях принимает участие сила Кориолиса. Однако главной причиной многие геологи считают растекание пород, накопившихся в зоне срединных океанических хребтов за счет подъема и излияния магмы. Предполагается, что эти породы под воздействием новоприбывшей магмы и собственного веса медленно движутся в сторону океанических желобов и «проваливаются» там в зону наклонных разломов.

Литосфера

Литосфера (верхняя часть слоя А) - последняя геосферная оболочка консолидированной Земли, составляющая всего 0,3% ее массы. Она отличается большой прочностью и твердостью и представляет собой жесткий слой, состоящий из обособленных крупных массивов, погруженных в подстилающий пластичный астеносферный слой.

В естественных разрезах континентальной части литосферы ее строение просматривается лишь на 2 - 3 км вглубь. Глубокие шахты позволяют наблюдать ее до глубины 3187 м (Южная Индия). Но самый ценный вещественный материал о строении земной коры поступил из Кольской сверхглубокой скважины, пробуренной на 1 января 1990 г. до глубины 12 066 м. Согласно проекту, ее глубина определена около 15 км, а завершение бурения намечено на 1993 г. Мало кто знает, что при проходке этой замечательной скважины были достигнуты уникальные технические рекорды: обсадные трубы диаметром 295 мм впервые были спущены до глубины 8750 м, а долото (буровой наконечник) диаметром 215 мм сверлило горные породы до 11 км. Верхняя и нижняя границы литосферы неровные, ее кровля, например, варьирует в пределах до 10 км; можно ожидать, что и па нижнем контакте колебания подошвы не меньше.

Средняя мощность литосферы не определена; установить глубину погружения и фазового состояния отдельных глобальных блоков не удается, тем более что в их основании могут быть и постепенные переходы. Максимальная мощность литосферы предполагается равной 100 км (ранее допускалось 200 км), причем толщина от 10-30 до 70-100 км характерна для материков, а в океанах она составляет в среднем 5-8 км. Это определяет разделение литосферы на две части - материковую и океаническую.

Структуры литосферы делятся на разрывные и неразрывные, причем последние могут иметь плавные, постепенные и ненарушенные переходы. В большинстве случаев структуры земной коры осложнены разрывами или разломами, которые могут проникать в литосферу на тысячи километров и вместе с тем могут быть заглублены всего лишь на первые десятки метров.

. Ядро, его строение

Основой Земли является ее ядро.

Рис. 3. Строение земного ядра

Слой Е - это внешний сферический слой земного ядра, находящийся в текучем, расплавленном состоянии и представляющий собой наряду с вышележащей мантией крупную оболочку планеты (отдельные включения ее могут быть и в твердой фазе). Радиус верхней границы жидкостной сферы составляет около 3480 км, а ее глубина от поверхности равна 2900 км. Толщина расплавленной оболочки вдоль по радиусу достигает 2100 км. Плотность материала около внешней границы ядра возрастает скачком в 2 раза, от 5-6 до 9-10 г/см3, а около нижней границы сферы повышается до 11- 11,5 г/см3. Температура на глубине 2900 км, внешней границе жидкого ядра, равна 4000 ± 500 К; но по другим, менее известным данным, она составляет 3000 или 6000 К.

Давление вышележащих пород на верхней границе сферы примерно 1,3 млн атм, а па нижней (в подошве) - около 3,2 млн атм.

На верхней поверхности слоя ускорение силы тяжести возрастает от 985 до 1037 см/с2 и далее, к глубинам 5000 км, равномерно снижается до 450 см/с2.

. Химический состав Земли: основные химические элементы, слагающие земную кору, мантию и ядро. Агрегатное состояние вещества геосфер Земли, плотность

Химические изменения в земной коре определяются преимущественно геохимической историей главных породообразующих элементов, содержание которых составляет свыше 1%. Вычисления среднего химического состава земной коры проводились многими исследователями как за рубежом (Ф. Кларк, Г. С. Вашингтон, В. М. Гольдшмидт, Ф.Тейлор, В. Мейсон и др.), так и в Советском Союзе (В.И.Вернадский, А. Е. Ферсман, А. П. Виноградов, А. А. Ярошевский и др.)

Сопоставляя приведенные данные, видно, что земная кора больше чем на 98% сложена О, Si, Al, Fe, Mg, Ca, Na, К, при этом свыше 80% составляют кислород, кремний и алюминий, в отличие от среднего состава Земли, где содержание их резко уменьшается. Особенно высоко содержание кислорода, поэтому В. М. Гольдшмидт называет земную кору оксисферой, или кислородной оболочкой Земли.

О химическом составе Земли и ее геосфер дают представление:

- химический состав земной коры,