Слои Земли и её внутреннее строение¶

Слои Земли — это обособленные оболочки, из которых состоит планета Земля, различающиеся по химическому составу, агрегатному состоянию, плотности и физическим свойствам. Земля имеет слоистое строение, сформировавшееся в процессе её образования и последующей дифференциации вещества: более тяжёлые компоненты опускались к центру, лёгкие — поднимались к поверхности. Современная наука выделяет три главные внутренние оболочки — земную кору, мантию и ядро, а также внешние оболочки: атмосферу, гидросферу и биосферу. Изучение слоёв ведётся преимущественно сейсмическими методами, поскольку непосредственное бурение ограничено глубинами порядка 12 км.

¶Общая характеристика

Слоистое строение Земли установлено по изменению скорости прохождения сейсмических волн. Продольные (P) и поперечные (S) волны по-разному ведут себя при переходе через границы раздела: на них меняется скорость и направление распространения, а поперечные волны не проходят через жидкие среды. Именно это позволило определить, что внешнее ядро находится в расплавленном состоянии.

Средний радиус Земли составляет около 6371 км. На земную кору приходится лишь около 1 % объёма планеты, на мантию — примерно 83 %, на ядро — около 16 %. Температура и давление возрастают с глубиной: в центре Земли температура, по оценкам, достигает 5000–6000 °C, а давление — порядка 3,6 млн атмосфер.

¶Земная кора

Земная кора — верхний твёрдый слой планеты, отделённый от мантии границей Мохоровичича (поверхностью Мохо). Её мощность изменчива:

• под океанами — от 5 до 10 км;
• под равнинами континентов — 30–40 км;
• под горными системами — до 70–80 км.

Выделяют два основных типа коры: континентальную (материковую), состоящую из гранитного, базальтового и осадочного слоёв, и океаническую, лишённую гранитного слоя. Кора вместе с верхней твёрдой частью мантии образует литосферу, разбитую на крупные плиты, перемещение которых вызывает землетрясения, вулканизм и горообразование.

¶Мантия

Мантия — наиболее объёмная оболочка Земли, простирающаяся от границы Мохо до глубины около 2900 км. В её составе преобладают силикаты магния и железа (оливин, пироксен). Мантию делят на верхнюю и нижнюю.

В верхней мантии на глубинах 100–350 км расположен слой пониженной вязкости — астеносфера, вещество которой способно медленно течь. Твёрдая литосфера перемещается по астеносфере, что лежит в основе тектоники плит. Нижняя мантия отличается более высокой плотностью и давлением.

На границе мантии и ядра на глубине около 2900 км находится слой D″ — зона резкого изменения свойств, где, вероятно, происходит теплообмен между мантией и ядром. Конвективные потоки в мантии рассматриваются как движущая сила перемещения литосферных плит.

¶Ядро

Ядро занимает центральную часть планеты. Оно делится на внешнее и внутреннее.

Внешнее ядро расположено на глубинах примерно от 2900 до 5100 км. Оно находится в жидком состоянии, состоит преимущественно из железа с примесью никеля и серы. Движение расплавленного металла во внешнем ядре порождает магнитное поле Земли (геодинамо).

Внутреннее ядро — твёрдая сфера радиусом около 1220 км. Несмотря на крайне высокую температуру, вещество остаётся твёрдым из-за колоссального давления. Граница между внешним и внутренним ядром лежит на глубине около 5100 км.

¶Внешние оболочки

Помимо внутренних слоёв, выделяют внешние оболочки Земли:

• Атмосфера — газовая оболочка, делящаяся на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу и экзосферу.
• Гидросфера — водная оболочка, включающая океаны, моря, реки, озёра, подземные воды и ледники.
• Биосфера — область распространения жизни, охватывающая части атмосферы, гидросферы и верхней части коры.
• Педосфера — почвенный слой.

¶Методы изучения

Поскольку прямая проверка глубоких слоёв невозможна, применяются косвенные методы:

Самая глубокая скважина в мире — Кольская сверхглубокая, достигшая в 1989 году отметки 12 262 метра. Она расположена в Мурманской области России и остаётся важным источником данных о строении земной коры.

¶Значение

Представление о слоях Земли лежит в основе геологии, геофизики и учения о полезных ископаемых. Знание строения недр необходимо при поиске месторождений нефти, газа и руд, при оценке сейсмической опасности, а также при изучении эволюции планеты и других тел Солнечной системы.

Источники: учебники по общей геологии и геофизике, данные сейсмологических исследований, материалы о Кольской сверхглубокой скважине.