Ein charakteristisches Merkmal der Evolution der Erde ist die Differenzierung der Materie, deren Ausdruck die Schalenstruktur unseres Planeten ist. Die Lithosphäre, Hydrosphäre, Atmosphäre und Biosphäre bilden die Haupthüllen der Erde, die sich in chemischer Zusammensetzung, Kraft und Aggregatzustand unterscheiden.

Der innere Aufbau der Erde

Die chemische Zusammensetzung der Erde(Abb. 1) ähnelt der Zusammensetzung anderer erdähnlicher Planeten wie Venus oder Mars.

Im Allgemeinen überwiegen Elemente wie Eisen, Sauerstoff, Silizium, Magnesium und Nickel. Der Gehalt an leichten Elementen ist gering. Die durchschnittliche Dichte der Materie der Erde beträgt 5,5 g/cm 3 .

Es gibt nur sehr wenige verlässliche Daten über den inneren Aufbau der Erde. Betrachten Sie Abb. 2. Es zeigt die innere Struktur der Erde. Die Erde besteht aus Erdkruste, Erdmantel und Erdkern.

Reis. 1. Die chemische Zusammensetzung der Erde

Reis. 2. Die innere Struktur der Erde

Kern

Kern(Abb. 3) befindet sich im Erdmittelpunkt, sein Radius beträgt etwa 3,5 Tausend km. Die Kerntemperatur erreicht 10.000 K, d. H. Sie ist höher als die Temperatur der äußeren Schichten der Sonne, und ihre Dichte beträgt 13 g / cm 3 (vergleiche: Wasser - 1 g / cm 3). Der Kern besteht vermutlich aus Legierungen von Eisen und Nickel.

Der äußere Kern der Erde hat eine größere Kraft als der innere Kern (Radius 2200 km) und befindet sich in einem flüssigen (geschmolzenen) Zustand. Der innere Kern steht unter enormem Druck. Die Substanzen, aus denen es besteht, befinden sich in einem festen Zustand.

Mantel

Mantel- die Geosphäre der Erde, die den Kern umgibt und 83 % des Volumens unseres Planeten ausmacht (siehe Abb. 3). Seine untere Grenze liegt in einer Tiefe von 2900 km. Der Mantel ist in einen weniger dichten und plastischen oberen Teil (800-900 km) unterteilt, von dem aus Magma(übersetzt aus dem Griechischen bedeutet "dicke Salbe"; dies ist die geschmolzene Substanz des Erdinneren - eine Mischung aus chemischen Verbindungen und Elementen, einschließlich Gasen, in einem speziellen halbflüssigen Zustand); und eine kristalline untere, etwa 2000 km dick.

Reis. 3. Aufbau der Erde: Kern, Mantel und Erdkruste

Erdkruste

Erdkruste - die äußere Hülle der Lithosphäre (siehe Abb. 3). Seine Dichte ist ungefähr zweimal geringer als die durchschnittliche Dichte der Erde - 3 g/cm 3 .

Trennt die Erdkruste vom Mantel Mohorovicic-Grenze(wird oft als Moho-Grenze bezeichnet), die durch einen starken Anstieg der seismischen Wellengeschwindigkeiten gekennzeichnet ist. Es wurde 1909 von einem kroatischen Wissenschaftler installiert Andrey Mohorovichich (1857- 1936).

Da die im obersten Teil des Mantels ablaufenden Prozesse die Bewegung der Materie in der Erdkruste beeinflussen, werden sie unter dem Oberbegriff zusammengefasst Lithosphäre(Steinschale). Die Mächtigkeit der Lithosphäre variiert zwischen 50 und 200 km.

Darunter befindet sich die Lithosphäre Asthenosphäre- weniger hart und weniger viskos, aber eher plastische Schale mit einer Temperatur von 1200 °C. Es kann die Moho-Grenze überschreiten und in die Erdkruste eindringen. Die Asthenosphäre ist die Quelle des Vulkanismus. Es enthält Taschen aus geschmolzenem Magma, das in die Erdkruste eingebracht oder auf die Erdoberfläche gegossen wird.

Die Zusammensetzung und Struktur der Erdkruste

Im Vergleich zu Mantel und Kern ist die Erdkruste eine sehr dünne, harte und spröde Schicht. Es besteht aus einer leichteren Substanz, die derzeit etwa 90 natürliche chemische Elemente enthält. Diese Elemente sind in der Erdkruste nicht gleichermaßen vertreten. Sieben Elemente – Sauerstoff, Aluminium, Eisen, Kalzium, Natrium, Kalium und Magnesium – machen 98 % der Masse der Erdkruste aus (siehe Abbildung 5).

Eigenartige Kombinationen chemischer Elemente bilden verschiedene Gesteine ​​und Mineralien. Die ältesten von ihnen sind mindestens 4,5 Milliarden Jahre alt.

Reis. 4. Die Struktur der Erdkruste

Reis. 5. Die Zusammensetzung der Erdkruste

Mineral ist in seiner Zusammensetzung und seinen Eigenschaften ein relativ homogener natürlicher Körper, der sowohl in der Tiefe als auch an der Oberfläche der Lithosphäre gebildet wird. Beispiele für Mineralien sind Diamant, Quarz, Gips, Talk usw. (Eine Beschreibung der physikalischen Eigenschaften verschiedener Mineralien finden Sie in Anhang 2.) Die Zusammensetzung der Mineralien der Erde ist in Abb. 1 dargestellt. 6.

Reis. 6. Allgemeine mineralische Zusammensetzung der Erde

Felsen bestehen aus Mineralien. Sie können aus einem oder mehreren Mineralien bestehen.

Sedimentgestein - Ton, Kalkstein, Kreide, Sandstein usw. - sind durch die Ausfällung von Stoffen in Gewässern und an Land entstanden. Sie liegen in Schichten. Geologen nennen sie Seiten der Erdgeschichte, weil sie etwas über die natürlichen Bedingungen erfahren können, die in der Antike auf unserem Planeten existierten.

Unter den Sedimentgesteinen werden organogene und anorganische (detritale und chemogene) unterschieden.

Organogen Gesteine ​​entstehen durch die Anhäufung von Tier- und Pflanzenresten.

Klastische Gesteine entstehen durch Verwitterung, die Bildung von Zerstörungsprodukten zuvor gebildeter Gesteine ​​mit Hilfe von Wasser, Eis oder Wind (Tabelle 1).

Tabelle 1. Klastische Gesteine ​​in Abhängigkeit von der Größe der Fragmente

Rassename	Größe des Bummer Con (Partikel)
	Über 50cm
	5 mm - 1 cm
	1 mm - 5 mm
Sand und Sandsteine	0,005 mm - 1 mm
	Weniger als 0,005 mm

Chemogen Gesteine ​​entstehen durch Sedimentation aus dem Wasser der Meere und Seen von darin gelösten Stoffen.

In der Dicke der Erdkruste bildet sich Magma Magmatische Gesteine(Abb. 7), wie Granit und Basalt.

Sediment- und Eruptivgesteine ​​unterliegen, wenn sie unter dem Einfluss von Druck und hohen Temperaturen in große Tiefen eingetaucht werden, erheblichen Veränderungen und verwandeln sich in Metaphorische Felsen. So wird beispielsweise aus Kalkstein Marmor, aus Quarzsandstein Quarzit.

In der Struktur der Erdkruste werden drei Schichten unterschieden: Sediment, "Granit", "Basalt".

Sedimentschicht(siehe Abb. 8) wird hauptsächlich von Sedimentgesteinen gebildet. Tone und Schiefer überwiegen hier, Sand-, Karbonat- und Vulkangesteine ​​sind weit verbreitet. In der Sedimentschicht gibt es Ablagerungen von solchen Mineral, wie Kohle, Gas, Öl. Alle sind biologischen Ursprungs. Zum Beispiel ist Kohle ein Produkt der Umwandlung von Pflanzen der Antike. Die Dicke der Sedimentschicht ist sehr unterschiedlich - von völliger Abwesenheit in einigen Landgebieten bis zu 20-25 km in tiefen Senken.

Reis. 7. Klassifizierung von Gesteinen nach Herkunft

Schicht „Granit“. besteht aus metamorphen und magmatischen Gesteinen, die in ihren Eigenschaften Granit ähneln. Am häufigsten sind hier Gneise, Granite, kristalline Schiefer usw. Die Granitschicht ist nicht überall zu finden, aber auf den Kontinenten, wo sie gut zum Ausdruck kommt, kann ihre maximale Dicke mehrere zehn Kilometer erreichen.

Schicht „Basalt“. Gebildet von Felsen in der Nähe von Basalten. Dies sind metamorphe Eruptivgesteine, die dichter sind als die Gesteine ​​der "Granit" -Schicht.

Die Dicke und vertikale Struktur der Erdkruste sind unterschiedlich. Es gibt verschiedene Arten der Erdkruste (Abb. 8). Nach der einfachsten Klassifizierung werden ozeanische und kontinentale Krusten unterschieden.

Kontinentale und ozeanische Kruste sind unterschiedlich dick. So wird unter Gebirgssystemen die maximale Dicke der Erdkruste beobachtet. Es sind etwa 70 Kilometer. Unter den Ebenen beträgt die Dicke der Erdkruste 30-40 km und unter den Ozeanen ist sie am dünnsten - nur 5-10 km.

Reis. 8. Arten der Erdkruste: 1 - Wasser; 2 - Sedimentschicht; 3 - Einbettung von Sedimentgesteinen und Basalten; 4, Basalte und kristalline ultramafische Gesteine; 5, Granit-metamorphe Schicht; 6 - Granulit-mafische Schicht; 7 - normaler Mantel; 8 - dekomprimierter Mantel

Der Unterschied zwischen der kontinentalen und der ozeanischen Kruste in Bezug auf die Gesteinszusammensetzung zeigt sich im Fehlen einer Granitschicht in der ozeanischen Kruste. Ja, und die Basaltschicht der ozeanischen Kruste ist sehr eigenartig. Hinsichtlich der Gesteinszusammensetzung unterscheidet es sich von der analogen Schicht der kontinentalen Kruste.

Die Grenze von Land und Ozean (Nullmarke) legt den Übergang der kontinentalen in die ozeanische Kruste nicht fest. Der Ersatz der kontinentalen Kruste durch ozeanische tritt im Ozean etwa in einer Tiefe von 2450 m auf.

Reis. 9. Die Struktur der kontinentalen und ozeanischen Kruste

Es gibt auch Übergangstypen der Erdkruste - subozeanisch und subkontinental.

Subozeanische Kruste entlang der Kontinentalhänge und Ausläufer gelegen, können in den Rand- und Mittelmeermeeren gefunden werden. Es ist eine kontinentale Kruste mit einer Dicke von bis zu 15-20 km.

subkontinentale Kruste befinden sich beispielsweise auf vulkanischen Inselbögen.

Basierend auf Materialien seismische Sondierung - seismische Wellengeschwindigkeit - wir erhalten Daten über die Tiefenstruktur der Erdkruste. So brachte die Superdeep-Bohrung Kola, die es erstmals ermöglichte, Gesteinsproben aus mehr als 12 km Tiefe zu sehen, viele Überraschungen. Es wurde angenommen, dass in einer Tiefe von 7 km eine „Basalt“ -Schicht beginnen sollte. In Wirklichkeit wurde es jedoch nicht entdeckt, und Gneise dominierten zwischen den Felsen.

Änderung der Temperatur der Erdkruste mit der Tiefe. Die Oberflächenschicht der Erdkruste hat eine durch Sonnenwärme bestimmte Temperatur. Das heliometrische Schicht(aus dem Griechischen. Helio - die Sonne), saisonale Temperaturschwankungen erfahren. Seine durchschnittliche Mächtigkeit beträgt etwa 30 m.

Darunter befindet sich eine noch dünnere Schicht, deren charakteristisches Merkmal eine konstante Temperatur ist, die der mittleren Jahrestemperatur des Beobachtungsortes entspricht. Die Tiefe dieser Schicht nimmt im kontinentalen Klima zu.

Noch tiefer in der Erdkruste wird eine geothermische Schicht unterschieden, deren Temperatur durch die innere Wärme der Erde bestimmt wird und mit der Tiefe zunimmt.

Der Temperaturanstieg erfolgt hauptsächlich aufgrund des Zerfalls radioaktiver Elemente, aus denen das Gestein besteht, hauptsächlich Radium und Uran.

Das Ausmaß des Temperaturanstiegs von Gesteinen mit der Tiefe wird genannt geothermischer Gradient. Sie variiert über einen ziemlich weiten Bereich - von 0,1 bis 0,01 ° C / m - und hängt von der Zusammensetzung der Gesteine, den Bedingungen ihres Vorkommens und einer Reihe anderer Faktoren ab. Unter den Ozeanen steigt die Temperatur mit der Tiefe schneller an als auf den Kontinenten. Im Durchschnitt wird es pro 100 m Tiefe um 3 °C wärmer.

Der Kehrwert des Erdwärmegradienten wird genannt geothermische Stufe. Sie wird in m/°C gemessen.

Die Wärme der Erdkruste ist eine wichtige Energiequelle.

Der Teil der Erdkruste, der sich bis in die Tiefe erstreckt, die für geologische Studienformen zugänglich ist Eingeweide der Erde. Die Eingeweide der Erde bedürfen eines besonderen Schutzes und einer sinnvollen Nutzung.

Nach modernen Konzepten der Geologie besteht unser Planet aus mehreren Schichten - Geosphären. Sie unterscheiden sich in physikalischen Eigenschaften, chemischer Zusammensetzung und Im Zentrum der Erde befindet sich der Kern, gefolgt vom Mantel, dann - Erdkruste, Hydrosphäre und Atmosphäre.

In diesem Artikel betrachten wir die Struktur der Erdkruste, die den oberen Teil der Lithosphäre darstellt. Es ist eine äußere harte Schale, deren Dicke so gering ist (1,5 %), dass sie im globalen Maßstab mit einer dünnen Folie verglichen werden kann. Trotzdem ist es die obere Schicht der Erdkruste, die als Mineralquelle für die Menschheit von großem Interesse ist.

Die Erdkruste ist bedingt in drei Schichten unterteilt, von denen jede auf ihre Weise bemerkenswert ist.

1. Die oberste Schicht ist sedimentär. Es erreicht eine Mächtigkeit von 0 bis 20 km. Sedimentgesteine ​​entstehen durch die Ablagerung von Stoffen an Land oder deren Ablagerung am Boden der Hydrosphäre. Sie sind Teil der Erdkruste und befinden sich darin in aufeinanderfolgenden Schichten.
2. Die mittlere Schicht ist Granit. Seine Dicke kann zwischen 10 und 40 km variieren. Dies ist ein magmatisches Gestein, das durch Eruptionen und anschließende Verfestigung von Magma in der Erddicke bei hohem Druck und hoher Temperatur eine feste Schicht gebildet hat.
3. Die untere Schicht, die Teil der Struktur der Erdkruste ist - Basalt - hat ebenfalls einen magmatischen Ursprung. Es enthält mehr Kalzium, Eisen und Magnesium, und seine Masse ist größer als die von Granitgestein.

Der Aufbau der Erdkruste ist nicht überall gleich. Besonders auffallende Unterschiede bestehen zwischen der ozeanischen und der kontinentalen Kruste. Unter den Ozeanen ist die Erdkruste dünner und unter den Kontinenten dicker. Es hat die größte Dicke in Gebieten mit Gebirgszügen.

Die Zusammensetzung umfasst zwei Schichten - Sediment und Basalt. Unter der Basaltschicht befindet sich die Moho-Oberfläche und dahinter der obere Erdmantel. Der Meeresboden hat die komplexesten Reliefformen. Unter all ihrer Vielfalt nehmen riesige mittelozeanische Rücken einen besonderen Platz ein, in denen junge basaltische ozeanische Kruste aus dem Mantel geboren wird. Magma hat Zugang zur Oberfläche durch eine tiefe Verwerfung – einen Riss, der in der Mitte des Rückens entlang der Gipfel verläuft. Draußen breitet sich das Magma aus und drückt dabei die Wände der Schlucht ständig zur Seite. Dieser Vorgang wird als „Spreizen“ bezeichnet.

Der Aufbau der Erdkruste ist auf den Kontinenten komplexer als unter den Ozeanen. Die kontinentale Kruste nimmt eine viel kleinere Fläche ein als die ozeanische - bis zu 40 % der Erdoberfläche, hat aber eine viel größere Dicke. Darunter erreicht eine Dicke von 60-70 km. Die kontinentale Kruste hat eine dreischichtige Struktur - eine Sedimentschicht, Granit und Basalt. In Bereichen, die als Schilde bezeichnet werden, befindet sich die Granitschicht an der Oberfläche. Als Beispiel - bestehend aus Granitfelsen.

Der Unterwasser-Extremteil des Festlandes - das Schelf - hat ebenfalls eine kontinentale Struktur der Erdkruste. Es umfasst auch die Inseln Kalimantan, Neuseeland, Neuguinea, Sulawesi, Grönland, Madagaskar, Sachalin usw. sowie Binnen- und Randmeere: Mittelmeer, Asow, Schwarz.

Eine Abgrenzung zwischen der Granitschicht und der Basaltschicht ist nur bedingt möglich, da sie eine ähnliche seismische Waufweisen, die die Dichte der Erdschichten und deren Zusammensetzung bestimmt. Die Basaltschicht steht in Kontakt mit der Moho-Oberfläche. Die Sedimentschicht kann unterschiedlich dick sein, was von der darauf befindlichen Reliefform abhängt. In den Bergen beispielsweise fehlt es entweder ganz oder hat eine sehr geringe Dicke, da sich lose Partikel unter dem Einfluss äußerer Kräfte die Hänge hinunterbewegen. Dafür ist er aber in Vorgebirgsregionen, Senken und Mulden sehr kraftvoll. Also, darin erreicht es 22 km.

Das Studium der inneren Struktur der Planeten, einschließlich unserer Erde, ist eine äußerst schwierige Aufgabe. Wir können die Erdkruste nicht physisch bis zum Kern des Planeten "bohren", daher ist alles Wissen, das wir im Moment erhalten haben, Wissen, das wir "durch Berührung" erhalten, und zwar auf die buchstäblichste Weise.

Funktionsweise der seismischen Exploration am Beispiel der Erdölexploration. Wir „rufen“ den Boden und „lauschen“, was uns das reflektierte Signal bringen wird

Tatsache ist, dass der einfachste und zuverlässigste Weg, um herauszufinden, was sich unter der Oberfläche des Planeten befindet und Teil seiner Kruste ist, die Untersuchung der Ausbreitungsgeschwindigkeit ist Seismische Wellen in den Tiefen des Planeten.

Es ist bekannt, dass die Geschwindigkeit longitudinaler seismischer Wellen in dichteren Medien zunimmt und im Gegenteil in lockeren Böden abnimmt. Wenn man also die Parameter verschiedener Gesteinsarten kennt und Daten zum Druck usw. berechnet hat und die empfangene Antwort „hört“, kann man verstehen, durch welche Schichten der Erdkruste das seismische Signal gegangen ist und wie tief sie sich unter der Oberfläche befinden .

Untersuchung der Struktur der Erdkruste mit seismischen Wellen

Seismische Schwingungen können durch zwei Arten von Quellen verursacht werden: natürlich Und künstlich. Erdbeben sind natürliche Schwingungsquellen, deren Wellen die notwendige Information über die Dichte des Gesteins tragen, das sie durchdringen.

Das Arsenal an künstlichen Vibrationsquellen ist umfangreicher, aber vor allem werden künstliche Vibrationen durch eine gewöhnliche Explosion verursacht, aber es gibt auch „subtilere“ Arbeitsweisen - Generatoren gerichteter Impulse, seismische Vibratoren usw.

Es werden Sprengungen durchgeführt und die Geschwindigkeiten seismischer Wellen untersucht seismische Erkundung- einer der wichtigsten Zweige der modernen Geophysik.

Was hat die Untersuchung seismischer Wellen im Inneren der Erde ergeben? Eine Analyse ihrer Ausbreitung ergab mehrere Sprünge in der Geschwindigkeitsänderung beim Durchgang durch die Eingeweide des Planeten.

Erdkruste

Der erste Sprung, bei dem die Geschwindigkeit laut Geologen von 6,7 auf 8,1 km / s steigt, wird registriert Unterseite der Erdkruste. Diese Oberfläche befindet sich an verschiedenen Orten auf dem Planeten auf verschiedenen Ebenen, von 5 bis 75 km. Die Grenze der Erdkruste und der darunter liegenden Hülle - dem Mantel - wird genannt "Mohorovicic-Oberflächen", benannt nach dem jugoslawischen Wissenschaftler A. Mohorovichich, der es als Erster etablierte.

Mantel

Mantel liegt in Tiefen bis zu 2.900 km und ist in zwei Teile geteilt: obere und untere. Die Grenze zwischen oberem und unterem Mantel wird auch durch den Sprung in der Ausbreitungsgeschwindigkeit seismischer Longitudinalwellen (11,5 km/s) festgelegt und liegt in Tiefen von 400 bis 900 km.

Der obere Mantel hat eine komplexe Struktur. In seinem oberen Teil befindet sich eine Schicht in Tiefen von 100 bis 200 km, in der transversale seismische Wellen um 0,2 bis 0,3 km / s schwächer werden und sich die Geschwindigkeiten von Longitudinalwellen im Wesentlichen nicht ändern. Diese Schicht heißt Wellenleiter. Seine Dicke beträgt normalerweise 200-300 km.

Der Teil des oberen Mantels und der Kruste, die über dem Wellenleiter liegen, wird genannt Lithosphäre, und die Schicht niedriger Geschwindigkeiten selbst - Asthenosphäre.

Somit ist die Lithosphäre eine starre harte Schale, der eine plastische Asthenosphäre zugrunde liegt. Es wird angenommen, dass in der Asthenosphäre Prozesse ablaufen, die die Bewegung der Lithosphäre bewirken.

Die innere Struktur unseres Planeten

Erdkern

An der Basis des Mantels nimmt die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Longitudinalwellen von 13,9 auf 7,6 km/s stark ab. Auf dieser Ebene liegt die Grenze zwischen dem Mantel und der Kern der Erde, tiefer als die transversalen seismischen Wellen sich nicht mehr ausbreiten.

Der Radius des Kerns erreicht 3500 km, sein Volumen: 16% des Volumens des Planeten und seine Masse: 31% der Masse der Erde.

Viele Wissenschaftler glauben, dass sich der Kern in einem geschmolzenen Zustand befindet. Sein äußerer Teil ist durch stark reduzierte P-Wellen-Geschwindigkeiten gekennzeichnet, während im inneren Teil (mit einem Radius von 1200 km) seismische Wellengeschwindigkeiten wieder auf 11 km/s ansteigen. Die Dichte des Kerngesteins beträgt 11 g/cm 3 und wird durch das Vorhandensein schwerer Elemente bestimmt. Solch ein schweres Element kann Eisen sein. Eisen ist höchstwahrscheinlich ein integraler Bestandteil des Kerns, da der Kern einer reinen Eisen- oder Eisen-Nickel-Zusammensetzung eine Dichte haben sollte, die 8-15% höher ist als die vorhandene Dichte des Kerns. Daher scheinen Sauerstoff, Schwefel, Kohlenstoff und Wasserstoff an das Eisen im Kern gebunden zu sein.

Geochemische Methode zur Untersuchung der Struktur von Planeten

Es gibt eine andere Möglichkeit, die Tiefenstruktur von Planeten zu untersuchen - geochemische Methode. Die Identifizierung verschiedener Schalen der Erde und anderer terrestrischer Planeten durch physikalische Parameter findet eine ziemlich eindeutige geochemische Bestätigung, die auf der Theorie der heterogenen Akkretion basiert, wonach die Zusammensetzung der Kerne der Planeten und ihrer äußeren Schalen in ihrem Hauptteil anfänglich ist unterschiedlich und hängt vom frühesten Stadium ihrer Entwicklung ab.

Als Ergebnis dieses Prozesses werden die schwersten ( Eisen-Nickel) Komponenten und in den äußeren Schalen - leichteres Silikat ( Chondrit), angereichert im oberen Mantel mit flüchtigen Stoffen und Wasser.

Das wichtigste Merkmal der erdähnlichen Planeten ( , Erde, ) ist, dass ihre äußere Hülle, die sog Rinde, besteht aus zwei Arten von Materie: Festland" - Feldspat und " ozeanisch» - Basalt.

Kontinentale (kontinentale) Kruste der Erde

Die kontinentale (kontinentale) Erdkruste besteht aus Graniten oder Gesteinen mit einer ähnlichen Zusammensetzung, dh Gesteinen mit einer großen Menge an Feldspäten. Die Bildung der "Granit"-Schicht der Erde ist auf die Umwandlung älterer Sedimente im Prozess der Granitisierung zurückzuführen.

Die Granitschicht sollte als betrachtet werden Spezifisch die Schale der Erdkruste - der einzige Planet, auf dem die Prozesse der Differenzierung von Materie unter Beteiligung von Wasser und einer Hydrosphäre, einer Sauerstoffatmosphäre und einer Biosphäre weit entwickelt sind. Auf dem Mond und wahrscheinlich auf den terrestrischen Planeten besteht die kontinentale Kruste aus Gabbro-Anorthositen - Gestein, das aus einer großen Menge Feldspat besteht, jedoch eine etwas andere Zusammensetzung als in Graniten hat.

Diese Gesteine ​​bilden die ältesten (4,0-4,5 Milliarden Jahre) Oberflächen der Planeten.

Ozeanische (Basalt-) Kruste der Erde

Ozeanische (Basalt-) Kruste Die Erde wurde durch Dehnung gebildet und ist mit Zonen tiefer Störungen verbunden, die das Eindringen des oberen Mantels in die Basaltkammern verursachten. Basaltischer Vulkanismus überlagert die früher gebildete kontinentale Kruste und ist eine relativ jüngere geologische Formation.

Erscheinungsformen des Basaltvulkanismus auf allen terrestrischen Planeten sind offenbar ähnlich. Die weite Entwicklung von Basalt-„Meern“ auf Mond, Mars und Merkur ist offensichtlich mit der Dehnung und der Bildung von Durchlässigkeitszonen als Folge dieses Prozesses verbunden, entlang derer Basaltschmelzen des Mantels an die Oberfläche strömten. Dieser Manifestationsmechanismus des basaltischen Vulkanismus ist für alle Planeten der Erdgruppe mehr oder weniger ähnlich.

Der Satellit der Erde - der Mond - hat ebenfalls eine Schalenstruktur, die im Großen und Ganzen die der Erde wiederholt, obwohl sie einen auffälligen Unterschied in der Zusammensetzung aufweist.

Wärmefluss der Erde. Am heißesten ist es in der Region der Verwerfungen der Erdkruste und kälter in den Regionen der alten Kontinentalplatten

Verfahren zur Messung des Wärmeflusses zur Untersuchung der Struktur von Planeten

Eine andere Möglichkeit, die Tiefenstruktur der Erde zu untersuchen, ist die Untersuchung ihres Wärmeflusses. Es ist bekannt, dass die von innen heiße Erde ihre Wärme abgibt. Die Erwärmung tiefer Horizonte wird durch Vulkanausbrüche, Geysire und heiße Quellen belegt. Wärme ist die Hauptenergiequelle der Erde.

Der Temperaturanstieg bei Vertiefung von der Erdoberfläche beträgt durchschnittlich etwa 15 ° C pro 1 km. Dies bedeutet, dass an der Grenze zwischen Lithosphäre und Asthenosphäre, die sich etwa in einer Tiefe von 100 km befindet, die Temperatur nahe 1500 ° C liegen sollte. Es wurde festgestellt, dass Basalt bei dieser Temperatur schmilzt. Dies bedeutet, dass die Asthenosphärenschale als Quelle für basaltisches Magma dienen kann.

Mit der Tiefe erfolgt die Temperaturänderung nach einem komplexeren Gesetz und hängt von der Druckänderung ab. Nach den berechneten Daten übersteigt die Temperatur in 400 km Tiefe 1600 °C nicht und an der Kern-Mantel-Grenze wird sie auf 2500-5000 °C geschätzt.

Es wird festgestellt, dass die Freisetzung von Wärme ständig über die gesamte Oberfläche des Planeten erfolgt. Wärme ist der wichtigste physikalische Parameter. Einige ihrer Eigenschaften hängen vom Erwärmungsgrad des Gesteins ab: Viskosität, elektrische Leitfähigkeit, Magnetizität, Phasenzustand. Daher kann man nach dem thermischen Zustand die Tiefenstruktur der Erde beurteilen.

Die Messung der Temperatur unseres Planeten in großen Tiefen ist eine technisch schwierige Aufgabe, da nur die ersten Kilometer der Erdkruste für Messungen zur Verfügung stehen. Die Innentemperatur der Erde kann jedoch indirekt durch Messung des Wärmeflusses untersucht werden.

Trotz der Tatsache, dass die Sonne die Hauptwärmequelle auf der Erde ist, übersteigt die Gesamtleistung des Wärmestroms unseres Planeten die Leistung aller Kraftwerke auf der Erde um das 30-fache.

Die Messungen zeigten, dass der durchschnittliche Wärmefluss auf den Kontinenten und in den Ozeanen gleich ist. Dieses Ergebnis erklärt sich aus der Tatsache, dass in den Ozeanen die meiste Wärme (bis zu 90%) aus dem Mantel stammt, wo der Prozess der Übertragung von Materie durch sich bewegende Ströme intensiver stattfindet - Konvektion.

Konvektion ist ein Prozess, bei dem sich eine erwärmte Flüssigkeit ausdehnt, leichter wird und aufsteigt, während kältere Schichten absinken. Da die Mantelsubstanz in ihrem Zustand einem Festkörper näher kommt, findet die Konvektion in ihr unter besonderen Bedingungen bei geringen Stoffströmen statt.

Was ist die thermische Geschichte unseres Planeten? Seine anfängliche Erwärmung hängt wahrscheinlich mit der Wärme zusammen, die durch die Kollision von Partikeln und ihre Verdichtung in ihrem eigenen Schwerefeld entsteht. Dann war die Hitze das Ergebnis des radioaktiven Zerfalls. Unter dem Einfluss von Hitze entstand ein geschichteter Aufbau der Erde und der erdähnlichen Planeten.

Schon jetzt wird radioaktive Wärme in der Erde freigesetzt. Es gibt eine Hypothese, nach der an der Grenze des geschmolzenen Erdkerns die Prozesse der Aufspaltung von Materie bis heute andauern, wobei eine große Menge thermischer Energie freigesetzt wird, die den Mantel aufheizt.

Ein charakteristisches Merkmal der Lithosphäre der Erde, das mit dem Phänomen der globalen Tektonik unseres Planeten verbunden ist, ist das Vorhandensein von zwei Arten von Kruste: kontinental, aus denen kontinentale Massen bestehen, und ozeanisch. Sie unterscheiden sich in Zusammensetzung, Struktur, Mächtigkeit und Art von den vorherrschenden tektonischen Prozessen. Die ozeanische Kruste spielt eine wichtige Rolle für das Funktionieren eines einzigen dynamischen Systems, nämlich der Erde. Um diese Rolle zu klären, ist es zunächst notwendig, sich der Betrachtung ihrer inhärenten Merkmale zuzuwenden.

allgemeine Charakteristiken

Der ozeanische Krustentyp bildet die größte geologische Struktur des Planeten - den Meeresboden. Diese Kruste hat eine geringe Dicke - von 5 bis 10 km (zum Vergleich: Die Dicke der kontinentalen Kruste beträgt durchschnittlich 35-45 km und kann 70 km erreichen). Es nimmt etwa 70% der gesamten Erdoberfläche ein, ist aber massemäßig der kontinentalen Kruste fast viermal unterlegen. Die durchschnittliche Gesteinsdichte liegt bei etwa 2,9 g/cm 3 , also höher als die der Kontinente (2,6-2,7 g/cm 3 ).

Im Gegensatz zu isolierten Blöcken der kontinentalen Kruste ist die ozeanische eine einzelne Planetenstruktur, die jedoch nicht monolithisch ist. Die Lithosphäre der Erde ist in eine Reihe beweglicher Platten unterteilt, die aus Abschnitten der Kruste und dem darunter liegenden oberen Erdmantel gebildet werden. Der ozeanische Krustentyp ist auf allen lithosphärischen Platten vorhanden; Es gibt Platten (z. B. der Pazifik oder Nazca), die keine kontinentalen Massen haben.

Plattentektonik und Krustenalter

In der ozeanischen Platte werden so große Strukturelemente wie stabile Plattformen - Thalassokratone - und aktive mittelozeanische Rücken und Tiefseegräben unterschieden. Grate sind Bereiche, in denen sich Platten ausbreiten oder auseinanderbewegen und eine neue Kruste bilden, und Gräben sind Subduktionszonen oder Subduktion einer Platte unter den Rand einer anderen, wo die Kruste zerstört wird. So findet seine kontinuierliche Erneuerung statt, wodurch das Alter der ältesten Kruste dieser Art 160-170 Millionen Jahre nicht überschreitet, dh sie wurde in der Jurazeit gebildet.

Andererseits ist zu berücksichtigen, dass der ozeanische Typ früher auf der Erde auftauchte als der kontinentale Typ (wahrscheinlich um die Wende der Catarcheans - Archeans vor etwa 4 Milliarden Jahren) und sich durch eine viel primitivere Struktur auszeichnet und Zusammensetzung.

Was und wie ist die Erdkruste unter den Ozeanen

Derzeit gibt es normalerweise drei Hauptschichten ozeanischer Kruste:

1. Sedimentär. Es besteht hauptsächlich aus Karbonatgestein, teilweise aus Tiefwassertonen. In der Nähe der Hänge der Kontinente, insbesondere in der Nähe der Mündungen großer Flüsse, gibt es auch terrigene Sedimente, die vom Land in den Ozean gelangen. In diesen Gebieten kann die Niederschlagsdicke mehrere Kilometer betragen, ist aber im Durchschnitt gering - etwa 0,5 km. In der Nähe von mittelozeanischen Rücken gibt es praktisch keine Niederschläge.
2. Basalt. Dies sind kissenförmige Laven, die in der Regel unter Wasser ausgebrochen sind. Darüber hinaus enthält diese Schicht einen komplexen Komplex von darunter liegenden Gängen - spezielle Intrusionen - aus Dolerit- (dh auch Basalt-) Zusammensetzung. Seine durchschnittliche Dicke beträgt 2-2,5 km.
3. Gabbro-Serpentinit. Es besteht aus einem intrusiven Analogon von Basalt - Gabbro und im unteren Teil - Serpentiniten (metamorphisiertes ultrabasisches Gestein). Die Dicke dieser Schicht erreicht laut seismischen Daten 5 km und manchmal mehr. Seine Sohle ist durch eine spezielle Grenzfläche - die Mohorovichic-Grenze - vom oberen Mantel unter der Kruste getrennt.

Die Struktur der ozeanischen Kruste weist darauf hin, dass diese Formation in gewissem Sinne tatsächlich als differenzierte obere Schicht des Erdmantels angesehen werden kann, bestehend aus seinen kristallisierten Gesteinen, die von oben von einer dünnen Schicht mariner Sedimente überlagert wird.

"Förderer" des Meeresbodens

Es ist klar, warum es in dieser Kruste nur wenige Sedimentgesteine ​​gibt: Sie haben einfach keine Zeit, sich in nennenswerten Mengen anzusammeln. Aus Ausbreitungszonen im Bereich mittelozeanischer Rücken durch das Einströmen heißer Mantelmaterie während des Konvektionsprozesses erwachsen, tragen Lithosphärenplatten die ozeanische Kruste sozusagen immer weiter vom Entstehungsort weg. Sie werden vom horizontalen Abschnitt derselben langsamen, aber starken Konvektionsströmung fortgetragen. In der Subduktionszone stürzt die Platte (und die Kruste in ihrer Zusammensetzung) als kalter Teil dieser Strömung in den Mantel zurück. Gleichzeitig wird ein erheblicher Teil der Sedimente abgerissen, zerkleinert und dient letztendlich dazu, die Kruste des kontinentalen Typs zu vergrößern, dh die Fläche der Ozeane zu verringern.

Der ozeanische Krustentyp zeichnet sich durch eine so interessante Eigenschaft wie streifenförmige magnetische Anomalien aus. Diese abwechselnden Bereiche mit direkter und umgekehrter Magnetisierung des Basalts verlaufen parallel zur Ausbreitungszone und befinden sich symmetrisch auf beiden Seiten derselben. Sie entstehen während der Kristallisation von Basaltlava, wenn sie entsprechend der Richtung des Erdmagnetfeldes in einer bestimmten Epoche eine remanente Magnetisierung annimmt. Da es wiederholt Inversionen erfuhr, änderte sich die Magnetisierungsrichtung periodisch in die entgegengesetzte Richtung. Dieses Phänomen wird in der paläomagnetischen geochronologischen Datierung verwendet und diente vor einem halben Jahrhundert als eines der stärksten Argumente für die Richtigkeit der Theorie der Plattentektonik.

Ozeanischer Krustentyp im Stoffkreislauf und im Wärmehaushalt der Erde

Die ozeanische Kruste ist an den Prozessen der lithosphärischen Plattentektonik beteiligt und ein wichtiges Element langfristiger geologischer Zyklen. Das ist zum Beispiel der langsame Mantel-Ozean-Wasserkreislauf. Der Mantel enthält viel Wasser, und ein beträchtlicher Teil davon gelangt während der Bildung der Basaltschicht der jungen Kruste in den Ozean. Die Kruste wird aber während ihres Bestehens wiederum durch die Bildung der Sedimentschicht mit Ozeanwasser angereichert, von dem ein erheblicher Anteil, teilweise in gebundener Form, bei der Subduktion in den Mantel gelangt. Ähnliche Kreisläufe laufen für andere Stoffe ab, beispielsweise für Kohlenstoff.

Die Plattentektonik spielt eine Schlüsselrolle in der Energiebilanz der Erde, da sie Wärme langsam aus heißen inneren Regionen und Wärme von der Oberfläche abtransportieren lässt. Darüber hinaus ist bekannt, dass in der gesamten geologischen Geschichte des Planeten bis zu 90% der Wärme durch die dünne Kruste unter den Ozeanen abgegeben wurden. Funktionierte dieser Mechanismus nicht, würde die Erde überschüssige Wärme auf andere Weise abführen – vielleicht wie die Venus, wo es, wie viele Wissenschaftler vermuten, zu einer globalen Zerstörung der Kruste kam, als die überhitzte Mantelsubstanz an die Oberfläche brach . Daher ist auch die Bedeutung der ozeanischen Kruste für das Funktionieren unseres Planeten in einem für die Existenz von Leben geeigneten Regime außerordentlich groß.

Eine solche Frage wie die Struktur der Erde interessiert viele Wissenschaftler, Forscher und sogar Gläubige. Mit der rasanten Entwicklung von Wissenschaft und Technologie seit dem Beginn des 18. Jahrhunderts haben viele würdige Wissenschaftler große Anstrengungen unternommen, um unseren Planeten zu verstehen. Die Draufgänger stiegen auf den Grund des Ozeans hinab, flogen in die höchsten Schichten der Atmosphäre, bohrten tiefe Brunnen, um den Boden zu erforschen.

Heute gibt es ein ziemlich vollständiges Bild davon, woraus die Erde besteht. Die Struktur des Planeten und all seiner Regionen ist zwar immer noch nicht zu 100% bekannt, aber Wissenschaftler erweitern allmählich die Grenzen des Wissens und erhalten immer mehr objektive Informationen darüber.

Die Form und Größe des Planeten Erde

Die Form und die geometrischen Abmessungen der Erde sind die Grundkonzepte, mit denen sie als Himmelskörper beschrieben wird. Im Mittelalter glaubte man, dass der Planet eine flache Form hat, sich im Zentrum des Universums befindet und sich die Sonne und andere Planeten um ihn drehen.

Aber so mutige Naturforscher wie Giordano Bruno, Nicolaus Copernicus, Isaac Newton widerlegten solche Urteile und bewiesen mathematisch, dass die Erde die Form einer Kugel mit abgeflachten Polen hat und sich um die Sonne dreht und nicht umgekehrt.

Die Struktur des Planeten ist sehr vielfältig, obwohl seine Abmessungen selbst für das Sonnensystem recht klein sind - die Länge des Äquatorialradius beträgt 6378 Kilometer, der Polarradius 6356 km.

Die Länge eines der Meridiane beträgt 40.008 km und der Äquator erstreckt sich über 40.007 km. Dies zeigt auch, dass der Planet zwischen den Polen etwas "abgeflacht" ist, sein Gewicht beträgt 5,9742 × 10 24 kg.

Erdschalen

Die Erde besteht aus vielen Schalen, die eigentümliche Schichten bilden. Jede Schicht ist bezüglich des Basismittelpunkts zentralsymmetrisch. Wenn Sie den Boden in seiner gesamten Tiefe visuell aufschneiden, öffnen sich Schichten mit unterschiedlicher Zusammensetzung, Aggregatzustand, Dichte usw.

Alle Muscheln sind in zwei große Gruppen unterteilt:

1. Die innere Struktur wird jeweils durch innere Schalen beschrieben. Sie sind die Erdkruste und der Erdmantel.
2. Die äußeren Schalen, zu denen die Hydrosphäre und die Atmosphäre gehören.

Die Struktur jeder Schale ist Gegenstand des Studiums der einzelnen Wissenschaften. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind im Zeitalter des rasanten technologischen Fortschritts noch lange nicht alle Fragen zu Ende geklärt.

Die Erdkruste und ihre Typen

Die Erdkruste ist eine der Schalen des Planeten und nimmt nur etwa 0,473 % seiner Masse ein. Die Tiefe der Kruste beträgt 5 - 12 Kilometer.

Es ist interessant festzustellen, dass Wissenschaftler praktisch nicht tiefer vorgedrungen sind, und wenn wir eine Analogie ziehen, dann ist die Rinde in Bezug auf ihr gesamtes Volumen wie die Haut eines Apfels. Eine weitere und genauere Untersuchung erfordert einen völlig anderen Entwicklungsstand der Technologie.

Betrachtet man den Planeten in einem Schnitt, so lassen sich nach unterschiedlicher Eindringtiefe in seine Struktur der Reihe nach folgende Typen der Erdkruste unterscheiden:

1. Ozeanische Kruste- besteht hauptsächlich aus Basalten, befindet sich am Grund der Ozeane unter riesigen Wasserschichten.
2. Kontinentale oder Festlandkruste- bedeckt das Land, besteht aus einer sehr reichen chemischen Zusammensetzung, darunter 25 % Silizium, 50 % Sauerstoff und 18 % andere Hauptelemente des Periodensystems. Zum bequemen Studium dieser Rinde wird sie auch in untere und obere unterteilt. Die ältesten gehören zum unteren Teil.

Die Temperatur der Kruste steigt, wenn sie sich vertieft.

Mantel

Das Hauptvolumen unseres Planeten ist der Mantel. Es nimmt den gesamten Raum zwischen der Kruste und dem oben diskutierten Kern ein und besteht aus vielen Schichten. Die kleinste Dicke des Mantels beträgt etwa 5-7 km.

Der aktuelle Entwicklungsstand von Wissenschaft und Technologie erlaubt keine direkte Untersuchung dieses Teils der Erde, daher werden indirekte Methoden verwendet, um Informationen darüber zu erhalten.

Sehr oft geht die Entstehung einer neuen Erdkruste mit deren Kontakt mit dem Erdmantel einher, der an Orten unter Meereswasser besonders aktiv ist.

Heute wird angenommen, dass es einen oberen und einen unteren Mantel gibt, die durch die Mohorovicic-Grenze getrennt sind. Die Prozentsätze dieser Verteilung sind ziemlich genau berechnet, bedürfen jedoch der Klärung in der Zukunft.

äußerer Kern

Auch der Kern des Planeten ist nicht homogen. Enorme Temperaturen und Drücke lassen hier viele chemische Prozesse ablaufen, die Verteilung von Massen und Stoffen vollzieht sich. Der Zellkern ist in einen inneren und einen äußeren unterteilt.

Der äußere Kern ist etwa 3.000 Kilometer dick. Die chemische Zusammensetzung dieser Schicht ist Eisen und Nickel, die sich in flüssiger Phase befinden. Die Temperatur der Umgebung reicht hier von 4400 bis 6100 Grad Celsius, wenn Sie sich dem Zentrum nähern.

innerer Kern

Der zentrale Teil der Erde, dessen Radius etwa 1200 Kilometer beträgt. Die unterste Schicht, die ebenfalls aus Eisen und Nickel besteht, sowie einigen Verunreinigungen leichter Elemente. Der Aggregatzustand dieses Kerns ähnelt dem amorphen. Der Druck erreicht hier unglaubliche 3,8 Millionen bar.

Wissen Sie, wie viele Kilometer bis zum Kern der Erde? Die Entfernung beträgt ungefähr 6371 km, was leicht berechnet werden kann, wenn Sie den Durchmesser und andere Parameter des Balls kennen.

Vergleich der Dicke der inneren Schichten der Erde

Die geologische Struktur wird manchmal anhand eines Parameters wie der Dicke der inneren Schichten geschätzt. Es wird angenommen, dass der Mantel der stärkste ist, da er die größte Dicke hat.

Äußere Sphären des Globus

Der Planet Erde unterscheidet sich von allen anderen Weltraumobjekten, die Wissenschaftlern bekannt sind, dadurch, dass er auch äußere Sphären hat, zu denen sie gehören:

• Hydrosphäre;
• Atmosphäre;
• Biosphäre.

Die Forschungsmethoden dieser Sphären unterscheiden sich erheblich, da sie sich alle in ihrer Zusammensetzung und ihrem Untersuchungsgegenstand stark unterscheiden.

Hydrosphäre

Unter Hydrosphäre wird die gesamte Wasserhülle der Erde verstanden, die sowohl die riesigen Ozeane, die etwa 74 % der Erdoberfläche einnehmen, als auch die Meere, Flüsse, Seen und sogar kleine Bäche und Stauseen umfasst.

Die größte Dicke der Hydrosphäre beträgt etwa 11 km und wird im Bereich des Marianengrabens beobachtet. Wasser gilt als Quelle des Lebens und unterscheidet unseren Ball von allen anderen im Universum.

Die Hydrosphäre nimmt ungefähr 1,4 Milliarden km 3 Volumen ein. Das Leben ist hier in vollem Gange und die Bedingungen für das Funktionieren der Atmosphäre sind gegeben.

Atmosphäre

Die gasförmige Hülle unseres Planeten, die ihre Eingeweide zuverlässig vor Weltraumobjekten (Meteoriten), kosmischer Kälte und anderen mit dem Leben unvereinbaren Phänomenen verschließt.

Die Dicke der Atmosphäre beträgt nach verschiedenen Schätzungen etwa 1000 km. In Bodennähe beträgt die Dichte der Atmosphäre 1,225 kg/m 3 .

Die Gashülle besteht zu 78 % aus Stickstoff, zu 21 % aus Sauerstoff, der Rest entfällt auf Elemente wie Argon, Kohlendioxid, Helium, Methan und andere.

Biosphäre

Unabhängig davon, wie die Wissenschaftler das betrachtete Thema untersuchen, ist die Biosphäre der wichtigste Teil der Struktur der Erde - dies ist die Hülle, die von Lebewesen bewohnt wird, einschließlich der Menschen selbst.

Die Biosphäre wird nicht nur von Lebewesen bewohnt, sondern verändert sich auch ständig unter ihrem Einfluss, insbesondere unter dem Einfluss des Menschen und seiner Aktivitäten. Eine ganzheitliche Lehre dieses Bereichs wurde vom großen Wissenschaftler V. I. Vernadsky entwickelt. Genau diese Definition wurde von dem österreichischen Geologen Suess eingeführt.

Fazit

Die Erdoberfläche sowie alle Schalen ihrer äußeren und inneren Struktur sind ein sehr interessantes Studienobjekt für ganze Generationen von Wissenschaftlern.

Obwohl die betrachteten Sphären auf den ersten Blick ziemlich disparat erscheinen, sind sie tatsächlich durch unzerstörbare Bande verbunden. Zum Beispiel ist das Leben und die gesamte Biosphäre ohne die Hydrosphäre und die Atmosphäre, die wiederum aus der Tiefe stammen, einfach nicht möglich.