Главная | Обратная связь

Географія речовин у надрах Землі та розділення надр

Відомо, що майже дев'ять десятих маси Землі припадає на частку всього чотирьох хімічних елементів - кисню (що входить до складу оксидів), кремнію, алюмінію і заліза. Тому можна з достатньою впевненістю стверджувати, що більш "легкі" зовнішні шари планети складаються переважно з сполук кремнію (алюмосилікатів), а "важкі" внутрішні - заліза.

У момент утворення Землі ("гарячим" або "холодним" способом - для нас зараз неважливо) "важкі" і "легкі" елементи та їх сполуки не могли не бути повністю перемішані. Далі, однак, починається їх гравітаційна диференціація: під дією сили тяжіння "важкі" з'єднання (залізо) "тонуть" - опускаються до центру планети, а "легкі" (кремній) - "спливають" до її поверхні. Давайте тепер розглянемо цей процес у уявно вирізаному вертикальному стовпі земного речовини, основа якого - центр планети, а вершина - її поверхню. "Потопаюче" залізо постійно зміщує центр ваги цього стовпа до його основи. При цьому потенційна енергія стовпа (пропорційна добутку маси тіла на висоту його підйому, що в нашому випадку становить відстань між центром Землі і центром ваги стовпа) постійно зменшується. Сумарна ж енергія Землі, відповідно до законів збереження, незмінна, отже, втрачається в процесі гравітаційної диференціації потенційна енергія може перетворюватися лише в кінетичну енергію молекул - тобто виділятися у вигляді тепла.

Розрахунки геофізиків показують, що ця енергія становить жахливу величину 4 * 10³⁰ кал (що еквівалентно трильйону сумарних ядерних боєзапасів всіх країн світу). Цього цілком достатньо для того, щоб - навіть не вдаючись до допомоги енергії радіоактивного розпаду - розігріти надра спочатку холодної Землі до розплавленого стану. При цьому, однак, розраховуючи тепловий баланс Землі за всю її історію, геофізики дійшли висновку, що температура її надр лише місцями могла доходити до 1600^оC, в основному складаючи близько 1200^оC; а це означає, що наша планета, всупереч існувавшим раніше уявленням, ніколи не була повністю розплавленою. Зрозуміло, планета постійно втрачає теплову енергію, остиваючи з поверхні, проте ця витрата в значній мірі (якщо не повністю) компенсується випромінюванням Сонця.

Отже, Земля впродовж всієї своєї історії є тверде тіло (більше того: в глибинах, при високому тиску, дуже тверде тіло), яке, однак, парадоксальним чином веде себе при дуже великих постійних навантаженнях як надзвичайно в'язка рідина. Сама форма планети - еліпсоїд з трохи випнутим Північним полюсом і трохи вдавленим Південним - ідеально відповідає тій, що має приймати рідину в стані рівноваги. У товщі цієї "рідини" постійно відбуваються надзвичайно повільні, але немислимо потужні рухи колосальних мас речовини, з якими пов'язані вулканізм, горотворення, горизонтальні переміщення континентів і т.д. Тут важливо запам'ятати, що джерелом енергії для всіх цих процесів є в кінцевому рахунку все та ж сама гравітаційна диференціація речовини в надрах планети. Відповідно, коли цей процес завершиться повністю, наша планета стане геологічно неактивною, "мертвою" - подібно Місяцю. Згідно з розрахунками геофізиків, на цей момент вже 85% наявного на Землі заліза опустилося в її ядро, а на "осідання" залишилися 15% буде потрібно ще близько 1,5 млрд. років.

В результаті гравітаційної диференціації надра планети виявляються розділеними (як молоко в сепараторі) на три основних шари - "важкий", "проміжний" і "легкий". "Важкий" шар (з щільністю речовини близько 8 г/см3) - центральне ядро, що складається із з'єднань заліза та інших металів; з 6400 км, складових радіус планети, на ядро ​​припадає 2900 км. Поверхневий, "легкий" шар (щільність його речовини близько 2,5 г/см3) називається корою. Середня товщина кори всього лише 33 км; вона відокремлена від нижележащих шарів поверхнею Мохоровичича, при переході через яку стрибкоподібно збільшується швидкість поширення пружних хвиль. Між корою і ядром розташовується "проміжний" шар - мантія; її породи мають щільність близько 3,5 г/см3 і знаходяться в частково розплавленому стані. Верхня мантія відокремлена від нижньої мантії лежачим в 60-250 км від поверхні розплавленим шаром базальтів - астеносферою; верхня мантія разом з корою утворює тверду оболонку планети - літосферу (рисунок 4). Саме в астеносфері знаходяться магматичні осередки, які живлять вулкани, діяльності яких Земля зобов'язана своєю рухомий оболонкою - гідросферою і атмосферою.