Земля происхождение состав строение и развитие


Вопрос 5. Строение, происхождение, развитие Земли и металлогения.

Строение Земли: кора, мантия, ядро (рис. 3-1).

Основные параметры: масса ­− 5,977 · 1021 т; поверхность − 510,08 млн. км2; средняя плотность − 5,52 г/см3; средний радиус − 6 371 км; среднее ускорение силы тяжести на поверхности − 981 гал.; средний тепловой поток через континенты − 1,43 · 10-6 кал/см2 · с, через океаническое дно − 2,37 · 10-6 кал/см2 · с.

Основной ареной процессов металлогении является земная кора, которая разделяется на 2 типа: континентальную и океаническую (таблица). В последние 3-4 десятилетия всё большее внимание уделяется процессам мантийного магматизма и мантийным источникам металлов ряда месторождений. Химический состав земной коры (по А.П.Виноградову показан на рис. 3-2).

 

Происхождение, развитие Земли и металлогения


В настоящее время в отношении происхождения Земли конкурируют несколько гипотез. Ранние представления о первоначально расплавленном состоянии планеты и её постепенном остывании не выдержали проверки и полностью отвергнуты. Современная наука рассматривает ряд гипотез образования нашей планеты путем концентрации частиц облака холодной космической материи с последующим разогревом и уплотнением под воздействием сил гравитации и энергии радиоактивного распада. В этой группе гипотез выделяются следующие:

1 − гипотеза гомогенной аккреции − формирования Земли из частиц планетного вещества (планетозималий) с последующим разогревом, дифференциацией вещества и формированием оболочек. В этой гипотезе возможны 2 варианта: 1) расплавление вещества на ранней (протопланетной) стадии (А.А.Маракушев) и 2) холодное развитие на ранней стадии с последующим разогревом и дифференциацией (О.Г.Сорохтин, С.А.Ушаков).

2 − гипотезы гетерогенной аккреции Земли, согласно которым первоначально слипались тугоплавкие железо-никелевые частицы, образовавшие ядро; в дальнейшем ядро обрастало более легкоплавкими частицами. По этим гипотезам земля формировалась изначально расслоенным телом.

С позиций металлогении интересны представления А.А.Маракушева, обосновавшего хондритовую модель образования Земли. Расслоению по протопланетной стадии способствовало флюидное давление в жидком ядре, приводившее к концентрации водорода и других флюидных компонентов.


спериментальная проверка показала расслоение вещества на ряд зон: водородную (Fe, Ni, H2) ® железо-ультраосновную (Mg, Fe, Si) ® ультраосновную(Mg, Si) ® переходную (Mg, Si, Al) ® основную (Na, K, Si, Al), что близко к составу реальных оболочек Земли. По этой гипотезе происходило обеднение силикатных оболочек металлами, которые кон­центрировались в ядре. В дальнейшем из ядра металлы выносятся флюидными потоками, в чем заключается металлогенический эффект рассмотренного механизма. Это «работа» так называемых «трансмагматических» флюидов. Последние могут быть связаны с мантийными плюмами, зарождающимися на границе ядра и мантии.



Металлогенический аспект имеет и другая гипотеза — холодной аккреции газопылевого облака. В результате гравитационной дифференциации и тепла радиоактивного распада тяжелые элементы концентрировались в ядре, которое начало формироваться около 4х млрд. лет назад, в начале архея и сформировалось в конце архея, около 2,6 – 2,7 млрд. лет назад. Процесс развивался по механизму зонного плавления, но сверху – вниз. Процесс формирования ядра сопровождался конвективными движениями в мантии, образованием конвективных ячеек и движением литосферных плит, т.е. заработал механизм плейттектоники. Конвекция в мантии привела к обогащению отдельных «струй» как сидерофильными элементами (Fe, Ni, Cr, Co, V, Pt, Pd), так и сульфидами халькофильных элементов (Cu, Pb, Zn, Au, Ag).


идетельство этому — уникальные расслоенные интрузии, внедрившиеся в раннем протерозое в древние щиты (Бушвельдский комплекс и др.). С этим же периодом (2,6 – 2,8 млрд. лет) связано и другое металлогеническое глобальное событие — формирование железорудных месторождений позднего архея − раннего протерозоя (пояс Абитиби, Воронежский массив, Тараташский комплекс на Урале), хромитовых месторождений в зеленокаменных поясах, редкоземельных пегматитов.

Экзогенные месторождения раннего протерозоя — это осадочные и вулка­ногенно-осадочные месторождения железа (Курская магнитная аномалия, Криворожский бассейн и др.), золото-урановые месторождения бассейна Витватерсранд в Южной Африке и другие.

Дальнейшая плито-тектоническая история Земли привела к цикличному обогащению коры цветными, благородными и редкими метал­лами и формированию месторождений разнообразных полезных ископаемых.

Вопрос 6. Основные закономерности распределения полезных ископаемых во времени.

Продуктивность Земли в отношении генерации полезных ископаемых с её тектоно-магматической историей и зависит от плито-тектонических циклов. Продуктивность сидерофильных и халькофильных полезных ископаемых в зависимости от формирования суперконтинентов показаны на рис. 3-3.

Видно, что максимумы формирования месторождений сидерофильных элементов совпадают с периодами начала раскола сформировавшихся суперконтинентов, а месторождений халькофильных элементов — со временем формирования суперконтинентов. Главный пик запасов железных руд приходится на время распада Моногеи и связан с глубинными источниками, о чём говорилось выше. Другие, существенно меньшие, пики связаны с началами расколов последующих суперконтинентов (см. рис. 3-4).


Обращает на себя внимание совпадение архейско-протерозойских пиков месторождений железа с максимумом концентрации этого металла в мантии.

Это свидетельствует о мантийном источнике металла в месторождениях.

 

Земля происхождение состав строение и развитие

Земля происхождение состав строение и развитие

Распределение запасов золота в месторождениях разного возраста показано на рис. 3-5.

Максимумы запасов золота сконцентрированы в архее − раннем протерозое и фанерозое, совпадая с повышением содержания этого металла в мантии. Пики рудообразования совпадают с тектоно-магматическими процессами в сформировавшихся суперконтинентах: Моноген, Мегаген, Лавразии − Гондване и Пангее.

 

Земля происхождение состав строение и развитие

Распределение запасов месторождений сидерофильных элементов (в стоимостном выражении), показанное на рис. 3-6 (без золота и железа), отли- чается от изображенного на рис. 3-3. Отличия заключаются в более «ровном», относительно повышенном количестве запасов в интервале времени от 0 до 2х млрд.


т назад. Это, по-видимому, связано с тем, что по мере эволюции земной коры, наряду с глубинными источниками сидерофильных элементов, всё более значение приобретают экзогенные процессы − связанные с выветриванием древних магматических и метаморфических пород, осадконакоплением продуктов их разрушения и повторной переработкой этих продуктов в зонах субдукции. Эти процессы называются рециклингом коры, впервые рассмотренные Г.Шнейдерхеном, который выделил вторично-гидротермальные, метаморфно-мобилизованные и регенерированные месторождения.

Распределение объёмов месторождений халькофильных элементов (в стоимостном выражении) с очевидностью показывает резкое увеличение их объёмов в фанерозое (рис. 3-7). Это, в частности, связано с поступлением металлов из коровых источников в процессе их рециклинга.

Земля происхождение состав строение и развитие

Земля происхождение состав строение и развитие

«Таким образом, сравнительно низкий металлогенический потенциал архея был связан с перегревом конвергирующей мантии и практически полным поглощением как сидерофильных так и халькофильных элементов расп­лав­ленным железом и его окислами в зонах гравитационной дифферен­-

циации земного вещества. Заметный вынос полезных ископаемых в земную кору начался только в конце архея в связи с выжиманием к поверхности первичного вещества бывшей сердцевины Земли с первозданными концен­трациями в нем рудных элементов.


сле формирования земного ядра на рубеже архея и протерозоя, дальнейшая эволюция полезных ископаемых происходила от сидерофильной к халькофильной металлогении, что полно­стью определялось эволюцией химического состава мантии, поскольку сиде­ро­фильные элементы в большей мере, чем халькофильные соединения переходили в земное ядро. Кроме того, на распределение всех типов полез­ных ископаемых существенное влияние оказывали процессы эрозии и повтор­ной мобилизации вещества земной коры (ее рециклинга). Перерасп­ре­де­лявшие их запасы от древних эпох к более молодым.

На характере распределения всех типов полезных ископаемых в геологической истории Земли весьма существенным образом сказывалась цикличность развития континентальной коры … максимальные импульсы сидерофильной и золотоносной металлогении, как правило, следуют за мо­мен­тами образования суперконтинентов, тогда, как всплески халькофильной минерализации, наоборот, в основном соответствуют этим моментам» (В.И.Старостин).

 

Источник: studopedia.su

Земля сегодня

Хотя земная поверхность кажется твердой и незыблемой, изменения еще происходят. Они вызываются разного рода процессами, одни из которых разрушают земную поверхность, а другие ее воссоздают. Большинство изменений протекает крайне медленно и обнаруживается лишь специальными приборами. Для образования новой горной цепи требуются миллионы лет, по мощное извержение вулкана или чудовищной силы землетрясение могут преобразить поверхность Земли за считанные дни, часы и даже минуты. В 1988 г. землетрясение в Армении, длившееся около 20 секунд, разрушило здания и убило более 25 000 человек.


Источник: www.polnaja-jenciklopedija.ru

Строение и состав Земли

Схема строение Земли

Строение и состав Земли похож на многие другие планеты, но все же есть весомые отличия. В составе земли можно найти все элементы таблицы Менделеева. Строение Земли всем известно с малых лет: металлическое ядро, большой слой мантии и, конечно же, земная кора с большим разнообразием рельефа и внутреннего состава.

Состав Земли.

Изучая массу Земли ученые пришли к выводу, что планета состоит на 32% из железа, 30% кислорода, 15% кремния, 14% магния, 3% серы, 2% никеля, 1,5% земли состоит из кальция и на 1,4% из алюминия, а на остальные элементы приходится 1,1%.

Строение Земли.

Земля, как и все планеты земной группы имеет слоистое строение. В центре планеты расположено ядро из расплавленного железа. Внутренняя часть ядра состоит из твердого железа. Все ядро планеты окружено вязкой магмой (более твердой, чем под поверхностью планеты) В состав ядра так же входит расплавленный никель и другие химические элементы.


Мантия планеты – вязкая оболочка на которую приходится 68% массы планеты и около 82% от общего объема планеты. Мантия состоит из силикатов железа, кальция, магния и многих других. Расстояние от поверхности Земли до ядра более 2800 км. и все это пространство занимает мантия. Обычно мантию разделяют на две основные части: верхнею и нижнюю. Выше отметки 660 км. до земной коры расположена верхняя мантия. Известно, что она, со времен формирования Земли и до наших дней, потерпела значительные изменения в своем составе, так же известно, что именно верхняя мантия породила земную кору. Нижняя мантия расположена, соответственно, ниже границы 660 км. до ядра планеты. Нижняя мантия была мало изучена из-за трудной доступности, но у ученых есть все основания полагать, что нижняя мантия не потерпела серьезных изменений в своем составе за все время существования планеты.

Земная кора – самая верхняя, твердая оболочка планеты. Толщина земной коры сохраняется в пределах от 6 км. на дне океанов и до 50 км. на континентах. Земную кору, так же как и мантию, разделяют на 2 части: океаническая земная кора и континентальная земная кора. Океаническая земная кора состоит, в основном, из различных пород и осадочного чехла. Континентальная земная кора состоит из трех слоев: осадочный чехол, гранитный и базальтовый.


За время жизни планеты состав и строение Земли терпели значительные изменения. Рельеф планеты постоянно меняется, тектонические плиты то сдвигаются, образуя на месте своего стыка большие горные рельефы, то раздвигаются, создавая между собой моря и океаны. Движение тектонических плит происходит из-за изменения температур мантии под ними и под различными химическими воздействиями. Состав планеты тоже подвергался различным внешним воздействиям, что привело в его изменению.

В один момент, Земля достигла того состояния, чтобы на ней могла появиться жизнь, что и произошло. Эволюция жизни на Земле длилась очень долгое время. За эти миллиарды лет она смогла из одноклеточного организма перерасти или мутировать в многоклеточные и сложные организмы, каким и является человек.

Источник: on-space.ru

Вокруг Земли существуют разнообразные поля, наиболее сильное влияние на ГО оказывают гравитационное и магнитное.

Гравитационное поле. Гравитационное поле Земли – это поле силы тяжести. Сила тяжести – равнодействующая сила между силой притяжения и центробежной силой, возникающей при вращении Земли. Центробежная сила достигает максимума на экваторе, но и здесь она мала и составляет 1/288 от силы тяжести. Сила тяжести на Земле в основном зависит от силы притяжения, на которую оказывает влияние распределение масс внутри Земли и на поверхности. Действует сила тяжести повсеместно на Земле и направлена по отвесу к поверхности геоида. Напряженность гравитационного поля равномерно уменьшается от полюсов к экватору (на экваторе больше центробежная сила), от поверхности вверх (на высоте 36 000 км равна нулю) и от поверхности вниз (в центре Земли сила тяжести равна нулю).


Нормальным гравитационным полем Земли называется такое поле, которое было бы у Земли, если бы она имела форму эллипсоида с равномерным распределением масс. Напряженность реального поля в конкретной точке отличается от нормального, возникает аномалия гравитационного поля. Аномалии могут быть положительными и отрицательными: горные хребты создают дополнительную массу и должны вызывать положительные аномалии, а океанические впадины, наоборот, отрицательные. Но на самом деле земная кора находится в изо-статическом равновесии.

Изостазия (от греч. isostasios – равный по весу) – уравновешивание твердой, относительно легкой земной коры более тяжелой верхней мантией. Теория равновесия была выдвинута в 1855 г. английским ученым Г.Б. Эйри. Благодаря изостазии избытку масс выше теоретического уровня равновесия соответствует недостаток их внизу. Это выражается в том, что на определенной глубине (100–150 км) в слое астеносферы вещество перетекает в те места, где имеется недостаток масс на поверхности. Только под молодыми горами, где компенсация еще полностью не произошла, наблюдаются слабые положительные аномалии. Однако равновесие непрерывно нарушается: в океанах происходит отложение наносов, под их тяжестью дно океанов прогибается; горы разрушаются, высота их и, следовательно, масса уменьшаются.

Значение гравитационного поля Земли для ее природы:

1. Сила тяжести создает фигуру Земли, она является одной из ведущих эндогенных сил. Благодаря ей выпадают атмосферные осадки, текут реки, формируются горизонты подземных вод, наблюдаются склоновые процессы. Давление масс вещества, реализующееся в процессе гравитационной дифференциации в нижней мантии, наряду с радиоактивным распадом порождает тепловую энергию – источник внутренних (эндогенных) процессов, перестраивающих литосферу.

2. Земное тяготение уплотнило внутреннее вещество Земли и независимо от его химического состава сформировало плотное ядро.

3. Главным в истории планеты с геофизической точки зрения является процесс гравитационной дифференциации вещества – расслоение в соответствии с его плотностью в поле силы тяжести. В результате такого расслоения возникли геосферы, каждая из которых сложена веществом одного агрегатного состояния и сходной плотности.

4. Сила тяжести удерживает газовую и водную оболочки планеты. Атмосферу планеты покидают только самые легкие молекулы водорода и гелия.

5. Сила тяжести обусловливает стремление земной коры к изо-статическому равновесию. Силой тяжести объясняется максимальная высота гор; считается, что на нашей Земле не может быть гор выше 9 км.

6. Астеносфера – размягченный теплом слой, допускающий движение литосферы, тоже следствие силы тяжести, поскольку расплавление вещества происходит при благоприятном соотношении количества тепла и величины сжатия (давления).

7. Шаровая фигура гравитационного поля определяет два основных вида форм рельефа на земной поверхности – конический и равнинный, которые соответствуют двум универсальным формам симметрии – конической и билатеральной.

8. Направление силы тяжести к центру Земли помогает животным удерживать вертикальное положение.

Температура поверхностного слоя земной коры (в среднем до 30 м) определяется солнечным теплом. Это гелиометрический слой, испытывающий сезонные колебания температуры. Ниже – еще более тонкий горизонт постоянной температуры (около 20 м), соответствующий среднегодовой температуре места наблюдения. Ниже постоянного слоя температура с глубиной нарастает (,геотермический слой). Изменение температуры при углублении в Землю на 100 м называется геотермическим градиентом. Его значения колеблются от 0,1 до 0,01 °C/м и зависят от состава горных пород, условий их залегания. Расстояние по отвесу, на которое необходимо углубиться, чтобы получить повышение температуры на 1 °C, называется геотермической ступенью (колеблется от 10 до 100 м/°С).

Магнитное поле. Земной магнетизм – свойство Земли, обусловливающее существование вокруг нее магнитного поля, вызванного процессами, происходящими на границе «ядро – мантия». Впервые о том, что Земля – магнит, человечество узнало благодаря работам У. Гильберта.

Магнитосфера – область околоземного пространства, заполненная заряженными частицами, движущимися в магнитном поле Земли. Она отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Это внешняя граница магнитосферы. В основе образования магнитного поля лежат внутренние и внешние причины. Постоянное магнитное поле образуется благодаря электрическим токам, возникающим во внешнем ядре планеты. Солнечные корпускулярные потоки образуют переменное магнитное поле Земли. Наглядное представление о состоянии магнитного поля Земли дают магнитные карты. Они составляются на пятилетний срок – магнитную эпоху.

У Земли было бы нормальное магнитное поле, будь она однородно намагниченным шаром. В первом приближении Земля представляет собой магнитный диполь – стержень, концы которого имеют противоположные магнитные полюса. Места пересечения магнитной оси диполя с земной поверхностью называются геомагнитными полюсами. Геомагнитные полюса не совпадают с географическими и медленно движутся со скоростью 7–8 км/год. Отклонения реального магнитного поля от нормального (теоретически рассчитанного) называются магнитными аномалиями. Они могут быть мировыми (Восточно-Сибирский овал), региональными (Курская магнитная аномалия) и локальными, связанными с близким залеганием к поверхности магнитных пород.

Магнитное поле характеризуется тремя величинами: магнитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью. Магнитное склонение – угол между географическим меридианом и направлением магнитной стрелки. Склонение бывает восточным (+), если северный конец стрелки компаса отклоняется к востоку от географического меридиана, и западным (-), когда стрелка отклоняется к западу. Магнитное наклонение – угол между горизонтальной плоскостью и направлением магнитной стрелки, подвешенной на горизонтальной оси. Наклонение положительное, когда северный конец стрелки смотрит вниз, и отрицательное, если северный конец направлен вверх. Магнитное наклонение изменяется от 0 до 90°. Сила магнитного поля характеризуется напряженностью. Напряженность магнитного поля небольшая: на экваторе – 20–28 А/м, на полюсе – 48–56 А/м.

Магнитосфера имеет каплевидную форму (рис. 7). На стороне, обращенной к Солнцу, ее радиус равен 10 радиусам Земли, на ночной стороне под влиянием «солнечного ветра» увеличивается до 100 радиусов.

Форма обусловлена воздействием солнечного ветра, который, наталкиваясь на магнитосферу Земли, обтекает ее. Заряженные частицы, достигая магнитосферы, начинают двигаться по магнитным силовым линиям и образуют радиационные пояса. Внутренний радиационный пояс состоит из протонов, имеет максимальную концентрацию на высоте 3500 км над экватором. Внешний пояс образован электронами, простирается до 10 радиусов. У магнитных полюсов высота радиационных поясов уменьшается, здесь возникают области, в которых заряженные частицы вторгаются в атмосферу, ионизируя газы атмосферы и вызывая полярные сияния.

Рис. 7. Каплевидная форма магнитосферы Земли

Географическое значение магнитосферы очень велико: она защищает Землю от корпускулярного солнечного и космического излучения. С магнитными аномалиями связан поиск полезных ископаемых. Магнитные силовые линии помогают ориентироваться в пространстве туристам, кораблям.

Источник: kartaslov.ru


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.