Zewnętrzne skorupy ziemi. Sfery Ziemi

Życie na naszej planecie powstało w wyniku połączenia wielu czynników. Ziemia znajduje się w korzystnej odległości od Słońca – nie nagrzewa się zbytnio w ciągu dnia i nie przechładza się w nocy. Ziemia ma stałą powierzchnię i istnieje na niej płynna woda. Otaczająca Ziemię powłoka powietrzna chroni ją przed twardym promieniowaniem kosmicznym i „bombardowaniem” przez meteoryty. Nasza planeta ma unikalne cechy – jej powierzchnię otacza, oddziałując na siebie kilkoma skorupami: stałymi, powietrznymi i wodnymi.

Powłoka powietrzna - atmosfera rozciąga się nad Ziemią na wysokość 2-3 tys. km, ale większość jej masy koncentruje się na powierzchni planety. Atmosfera jest utrzymywana razem przez grawitację ziemską, więc jej gęstość maleje wraz z wysokością. Atmosfera zawiera tlen niezbędny do oddychania organizmów żywych. Atmosfera zawiera warstwę ozonu, tak zwaną tarczę ochronną, która pochłania część promieniowania ultrafioletowego słońca i chroni Ziemię przed nadmiarem promieni ultrafioletowych. Nie wszystkie planety Układu Słonecznego mają stałą powłokę: na przykład powierzchnie gigantycznych planet - Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna składają się z gazów, które ze względu na wysokie ciśnienie i niskie temperatury znajdują się w stanie ciekłym lub stałym. Solidna skorupa Ziemi, czyli litosfera, to ogromna masa skał na lądzie i na dnie oceanu. Pod oceanami i kontynentami ma różną grubość - od 70 do 250 km. Litosfera podzielona jest na duże bloki - płyty litosferyczne.

Wodna powłoka naszej planety - hydrosfera obejmuje całą wodę planety - w stanie stałym, ciekłym i gazowym. Hydrosfera to morza i oceany, rzeki i jeziora, wody gruntowe, bagna, lodowce, para wodna w powietrzu i woda w organizmach żywych. Powłoka wodna redystrybuuje ciepło pochodzące od Słońca. Powoli nagrzewając się, masy wody Oceanu Światowego akumulują ciepło, a następnie przekazują je do atmosfery, co łagodzi klimat na kontynentach w okresach chłodnych. Uczestnicząca w cyklu świata woda jest w ciągłym ruchu: parując z powierzchni mórz, oceanów, jezior czy rzek, przenoszona jest na ląd przez chmury i opada w postaci deszczu lub śniegu.

Powłoka Ziemi, w której istnieje życie we wszystkich jego przejawach, nazywana jest biosferą. Obejmuje najwyższą część litosfery, hydrosferę i powierzchniową część atmosfery. Dolna granica biosfery znajduje się w skorupie ziemskiej kontynentów na głębokości 4-5 km, aw powłoce powietrznej sfera życia rozciąga się do warstwy ozonowej.

Wszystkie skorupy Ziemi wpływają na siebie nawzajem. Głównym przedmiotem badań geografii jest powłoka geograficzna - sfera planetarna, w której dolna część atmosfery, hydrosfera, biosfera i górna część litosfery są ze sobą powiązane i ściśle ze sobą współdziałają. Otoczka geograficzna rozwija się zgodnie z rytmami dobowymi i rocznymi, jest pod wpływem jedenastoletnich cykli aktywności słonecznej, dlatego charakterystyczną cechą otoczki geograficznej jest rytm zachodzących procesów.

Koperta geograficzna zmienia się od równika do biegunów i od podgórza do szczytów gór, charakteryzuje się głównymi wzorcami: integralnością, jednością wszystkich składników, ciągłością i niejednorodnością.

Szybki rozwój cywilizacji ludzkiej doprowadził do pojawienia się powłoki, w której człowiek aktywnie wpływa na przyrodę. Ta powłoka nazywa się Noosferą lub sferą umysłu. Czasami ludzie zmieniają powierzchnię planety nawet aktywniej niż niektóre naturalne procesy. Rażąca ingerencja w przyrodę, lekceważenie jej praw może doprowadzić do tego, że z czasem warunki na naszej planecie staną się nie do przyjęcia do życia.

Wstęp

1. Podstawowe muszle ziemi

2. Skład i fizyczna budowa ziemi

3. Reżim geotermalny ziemi

Wniosek

Lista wykorzystanych źródeł

Wstęp

Geologia to nauka o budowie i historii rozwoju Ziemi. Głównymi przedmiotami badań są skały, w których odciśnięty jest zapis geologiczny Ziemi, a także współczesne procesy fizyczne i mechanizmy działające zarówno na jej powierzchni, jak i w jelitach, których badanie pozwala zrozumieć, jak rozwijała się nasza planeta w przeszłość.

Ziemia ciągle się zmienia. Niektóre zmiany zachodzą nagle i bardzo szybko (np. erupcje wulkanów, trzęsienia ziemi czy duże powodzie), ale najczęściej następują powoli (warstwa opadów o grubości nie większej niż 30 cm jest wyburzana lub kumulowana przez stulecie). Takie zmiany nie są zauważalne w ciągu życia jednej osoby, ale pewne informacje o zmianach zostały zgromadzone przez długi czas, a za pomocą regularnych dokładnych pomiarów rejestrowane są nawet nieznaczne ruchy skorupy ziemskiej.

Historia Ziemi rozpoczęła się jednocześnie z rozwojem Układu Słonecznego około 4,6 miliarda lat temu. Jednak zapis geologiczny charakteryzuje się fragmentacją i niekompletnością, ponieważ wiele starożytnych skał zostało zniszczonych lub nałożonych na młodsze osady. Luki należy wypełnić poprzez korelację ze zdarzeniami, które miały miejsce gdzie indziej i dla których dostępnych jest więcej danych, a także poprzez analogie i hipotezy. Względny wiek skał określany jest na podstawie zawartych w nich kompleksów szczątków kopalnych oraz osadów, w których takich szczątków nie ma, na podstawie względnego położenia obu. Ponadto bezwzględny wiek prawie wszystkich skał można określić metodami geochemicznymi.

W tym artykule rozważane są główne skorupy ziemi, jej skład i struktura fizyczna.

1. Podstawowe muszle ziemi

Ziemia ma 6 powłok: atmosferę, hydrosferę, biosferę, litosferę, pirosferę i centrosferę.

Atmosfera jest zewnętrzną powłoką gazową Ziemi. Jego dolna granica przechodzi przez litosferę i hydrosferę, a górna - na wysokości 1000 km. Atmosfera jest podzielona na troposferę (warstwa ruchoma), stratosferę (warstwa nad troposferą) i jonosferę (warstwa górna).

Średnia wysokość troposfery to 10 km. Jego masa wynosi 75% całkowitej masy atmosfery. Powietrze w troposferze porusza się zarówno w poziomie, jak iw pionie.

Stratosfera wznosi się 80 km nad troposferą. Jego powietrze, poruszając się tylko w kierunku poziomym, tworzy warstwy.

Jeszcze wyżej rozciąga się jonosfera, która swoją nazwę zawdzięcza temu, że jej powietrze jest stale jonizowane pod wpływem promieni ultrafioletowych i kosmicznych.

Hydrosfera zajmuje 71% powierzchni Ziemi. Jego średnie zasolenie wynosi 35 g/l. Temperatura powierzchni oceanu wynosi od 3 do 32 ° C, gęstość około 1. Światło słoneczne wnika na głębokość 200 m, a promienie ultrafioletowe na głębokość 800 m.

Biosfera, czyli sfera życia, łączy się z atmosferą, hydrosferą i litosferą. Jej górna granica sięga górnych warstw troposfery, natomiast dolna biegnie wzdłuż dna basenów oceanicznych. Biosfera dzieli się na sferę roślin (ponad 500 000 gatunków) i sferę zwierząt (ponad 1 000 000 gatunków).

Litosfera – kamienna skorupa Ziemi – ma grubość od 40 do 100 km. Obejmuje kontynenty, wyspy i dno oceanów. Średnia wysokość kontynentów nad poziomem oceanu: Antarktyda - 2200 m, Azja - 960 m, Afryka - 750 m, Ameryka Północna - 720 m, Ameryka Południowa - 590 m, Europa - 340 m, Australia - 340 m.

Pod litosferą znajduje się pirosfera - ognista skorupa Ziemi. Jej temperatura wzrasta o około 1°C na każde 33 m głębokości. Skały na znacznych głębokościach są prawdopodobnie w stanie stopionym z powodu wysokich temperatur i wysokiego ciśnienia.

Centrosfera, czyli jądro Ziemi, znajduje się na głębokości 1800 km. Według większości naukowców składa się z żelaza i niklu. Ciśnienie tutaj osiąga 300000000000 Pa (3000000 atmosfer), temperatura wynosi kilka tysięcy stopni. Stan rdzenia jest nadal nieznany.

Ognista kula Ziemi nadal się ochładza. Twarda skorupa gęstnieje, ognista skorupa gęstnieje. Kiedyś doprowadziło to do powstania stałych głazów - kontynentów. Jednak wpływ ognistej sfery na życie planety Ziemia jest nadal bardzo duży. Kontury kontynentów i oceanów, klimat i skład atmosfery zmieniały się wielokrotnie.

Procesy egzogeniczne i endogeniczne nieustannie zmieniają stałą powierzchnię naszej planety, co z kolei aktywnie wpływa na biosferę Ziemi.

2. Skład i budowa fizyczna ziemi

Dane geofizyczne oraz wyniki badań inkluzji głębokich wskazują, że nasza planeta składa się z kilku powłok o różnych właściwościach fizycznych, których zmiana odzwierciedla zarówno zmianę składu chemicznego materii wraz z głębokością, jak i zmianę jej stanu skupienia w funkcji nacisk.

Najwyższa skorupa Ziemi - skorupa ziemska - pod kontynentami ma średnią grubość około 40 km (25-70 km), a pod oceanami - tylko 5-10 km (bez warstwy wody, średnio 4,5 km) . Powierzchnię Mohorovichicha przyjmuje się za dolną krawędź skorupy ziemskiej - odcinek sejsmiczny, na którym prędkość propagacji podłużnych fal sprężystych gwałtownie wzrasta z głębokością od 6,5-7,5 do 8-9 km / s, co odpowiada wzrostowi w gęstości materii od 2,8-3,0 do 3,3 g/cm3.

Płaszcz Ziemi rozciąga się od powierzchni Mohorovichicha na głębokość 2900 km; górna, najmniej gęsta strefa o grubości 400 km wyróżnia się jako górny płaszcz. Przedział od 2900 do 5150 km zajmuje jądro zewnętrzne, a od tego poziomu do środka Ziemi, czyli od 5150 do 6371 km, stanowi rdzeń wewnętrzny.

Jądro Ziemi jest przedmiotem zainteresowania naukowców od czasu jego odkrycia w 1936 roku. Niezwykle trudno było go zobrazować ze względu na stosunkowo niewielką liczbę docierających do niego i powracających na powierzchnię fal sejsmicznych. Ponadto ekstremalne temperatury i ciśnienia jądra od dawna są trudne do odtworzenia w laboratorium. Nowe badania mogą dostarczyć bardziej szczegółowego obrazu centrum naszej planety. Jądro Ziemi dzieli się na 2 oddzielne regiony: płynny (rdzeń zewnętrzny) i stały (wewnętrzny), między którymi przejście leży na głębokości 5156 km.

Żelazo jest jedynym pierwiastkiem, który ściśle odpowiada właściwościom sejsmicznym jądra Ziemi i występuje we wszechświecie na tyle obficie, że stanowi około 35% masy planety w jądrze planety. Według współczesnych danych rdzeń zewnętrzny to wirujący strumień stopionego żelaza i niklu, który jest dobrym przewodnikiem elektryczności. To z nim wiąże się pochodzenie ziemskiego pola magnetycznego, biorąc pod uwagę, że prądy elektryczne płynące w ciekłym jądrze niczym gigantyczny generator wytwarzają globalne pole magnetyczne. Ma to wpływ na warstwę płaszcza, która styka się bezpośrednio z rdzeniem zewnętrznym, ponieważ temperatury w rdzeniu są wyższe niż w płaszczu. W niektórych miejscach warstwa ta generuje ogromne przepływy ciepła i masy skierowane na powierzchnię Ziemi - pióropusze.

Charakterystyka Ziemi (kształt, wymiary).

Ziemia jest jedną z dziewięciu planet krążących wokół Słońca. Pierwsze pomysły dotyczące kształtów i rozmiarów Ziemi pojawiły się w czasach starożytnych. Starożytni myśliciele (Pitagoras - V wiek pne, Arystoteles - III wiek pne itp.) Wyrażali ideę, że nasza planeta ma kulisty kształt. Newton teoretycznie uzasadnił stanowisko, jakie reprezentuje forma elipsoida obrotu, lub sferoida. Różnica między promieniem polarnym a równikowym wynosi 21 km. Zgodnie z obliczeniami T. D. Zhonglovich i S. I. Tropinina pokazano asymetrię Ziemi względem równika: biegun południowy znajduje się bliżej równika niż północ. W związku z rozcięciem rzeźby (obecność wysokich gór i głębokich zagłębień) rzeczywisty kształt Ziemi jest bardziej złożony niż trójosiowa elipsoida. Najwyższy punkt na Ziemi – góra Chomolungma w Himalajach – osiąga wysokość 8848m. Największą głębokość 11 034 m znaleziono w Rowie Mariańskim.. W 1873 r. niemiecki fizyk Listing nazwał figurę Ziemi geoidą, co dosłownie oznacza „podobną do Ziemi”. elipsoida F. N. Krasowskiego i jego uczniowie (A. A. Izotov i inni), których główne parametry potwierdzają współczesne badania i ze stacji orbitalnych. Według tych danych promień równikowy wynosi 6378,245 km, promień biegunowy 6356,863 km, a kompresja biegunowa 1/298,25. Objętość Ziemi wynosi 1,083 10 12 km 3, a masa 6 10 27 g.

Zewnętrzne powłoki Ziemi.

Zewnętrzne powłoki Ziemi to atmosfera, hydrosfera i litosfera. Gazowa otoczka Ziemi to atmosfera, która na dole graniczy z hydrosferą lub litosferą i rozciąga się w górę na 1000 km. Wyróżnia się w nim trzy warstwy: poruszającą się troposferę; za nim jest stratosfera; za nim znajduje się jonosfera (górna warstwa).

Wielkość hydrosfery - powłoki wodnej Ziemi, stanowi 71% całej powierzchni planety. Średnie zasolenie wody wynosi 35 g/l. Powierzchnia oceanu ma gęstość około 1 i temperaturę 3-32 ° C. Promienie słoneczne mogą wnikać nie głębiej niż dwieście metrów, a ultrafiolet - 800 m.

Siedliskiem organizmów żywych jest biosfera, łączy się ona z hydrosferą, atmosferą i litosferą. Górna krawędź biosfery wznosi się do górnych kul troposfery, a dolna sięga dna zagłębień w oceanach. Wyróżnia sferę zwierząt (ponad milion gatunków) i sferę roślin (ponad 500 tysięcy gatunków).

Grubość litosfery - kamiennej skorupy Ziemi, może wahać się od 35 do 100 km. Obejmuje wszystkie kontynenty, wyspy i dno oceanu. Poniżej znajduje się pirosfera, która jest ognistą skorupą naszej planety. Na głębokości co 33 metry następuje wzrost temperatury o około 1°C. Prawdopodobnie na dużych głębokościach, pod wpływem ogromnego ciśnienia i bardzo wysokich temperatur, skały ulegają stopieniu i są w stanie zbliżonym do płynnego.

Etapy ewolucyjnego rozwoju Ziemi

Ziemia powstała w wyniku zagęszczenia głównie wysokotemperaturowej frakcji znaczną ilością metalicznego żelaza, a pozostały materiał bliski Ziemi, w którym żelazo zostało utlenione i przekształcone w krzemiany, prawdopodobnie posłużył do budowy Księżyca.

Początki rozwoju Ziemi nie są utrwalone w kamiennym zapisie geologicznym, według którego nauki geologiczne z powodzeniem przywracają jej historię. Nawet najstarsze skały (ich wiek zaznacza się ogromną liczbą - 3,9 miliarda lat) są wytworem znacznie późniejszych wydarzeń, które miały miejsce po powstaniu samej planety.

Wczesne etapy istnienia naszej planety naznaczone były procesem jej planetarnej integracji (akumulacji) i późniejszego różnicowania, co doprowadziło do powstania jądra centralnego i otaczającego go pierwotnego płaszcza krzemianowego. Powstawanie skorupy glinokrzemianowej typu oceanicznego i kontynentalnego odnosi się do późniejszych zdarzeń związanych z procesami fizykochemicznymi w samym płaszczu.

Ziemia jako planeta pierwotna powstała w temperaturach poniżej temperatury topnienia jej materiału 5-4,6 miliarda lat temu. Ziemia powstała w wyniku akumulacji jako chemicznie stosunkowo jednorodna kula. Była to stosunkowo jednorodna mieszanina cząstek żelaza, krzemianów i mniejszej ilości siarczków, rozłożona dość równomiernie w całej objętości.

Większość jego masy powstała w temperaturze poniżej temperatury kondensacji frakcji wysokotemperaturowej (metal, krzemian), tj. poniżej 800°K. Generalnie zakończenie formowania się Ziemi nie mogło nastąpić poniżej 320°K , co podyktowane było odległością od Słońca. Uderzenia cząstek podczas procesu akumulacji mogą podnieść temperaturę powstającej Ziemi, ale ilościowe oszacowanie energii tego procesu nie może być wystarczająco wiarygodne.

Od początku formowania się młodej Ziemi odnotowano jej radioaktywne nagrzewanie, spowodowane rozpadem szybko wygasających jąder promieniotwórczych, w tym pewnej liczby transuranowych, które przetrwały z epoki syntezy jądrowej i rozpadem obecnie zachowane radioizotopy i.

W całkowitej radiogenicznej energii atomowej we wczesnych epokach istnienia Ziemi wystarczyło, aby jej materiał zaczął się miejscami topić, po czym nastąpiło odgazowanie i wzniesienie się lekkich składników do górnych horyzontów.

Przy stosunkowo jednorodnym rozkładzie pierwiastków promieniotwórczych z równomiernym rozkładem ciepła radiogenicznego w całej objętości Ziemi, maksymalny wzrost temperatury nastąpił w jej centrum, a następnie wyrównanie wzdłuż obrzeży. Jednak w centralnych rejonach Ziemi ciśnienie było zbyt wysokie, aby się topiło. Topienie w wyniku ogrzewania radioaktywnego rozpoczęło się na pewnych krytycznych głębokościach, gdzie temperatura przekroczyła temperaturę topnienia pewnej części pierwotnego materiału Ziemi. W tym przypadku materiał żelazny z domieszką siarki zaczął topić się szybciej niż czyste żelazo lub krzemian.

Wszystko to wydarzyło się geologicznie dość szybko, ponieważ ogromne masy stopionego żelaza nie mogły długo pozostawać w stanie niestabilnym w górnych partiach Ziemi. W końcu całe płynne żelazo przeszkło do centralnych obszarów Ziemi, tworząc metaliczny rdzeń. Wewnętrzna jej część przeszła pod wpływem wysokiego ciśnienia w stałą gęstą fazę, tworząc mały rdzeń głębszy niż 5000 km.

Asymetryczny proces różnicowania materii planety rozpoczął się 4,5 miliarda lat temu, co doprowadziło do pojawienia się półkul (segmentów) kontynentalnej i oceanicznej. Możliwe, że półkula współczesnego Oceanu Spokojnego była segmentem, w którym masy żelaza opadały w kierunku środka, a na przeciwległej półkuli podnosiły się one wraz ze wzrostem materiału krzemianowego i późniejszym topnieniem lżejszych mas glinokrzemianowych i składników lotnych. Topliwe frakcje materiału płaszcza skupiały najbardziej typowe pierwiastki litofilowe, które docierały wraz z gazami i parą wodną na powierzchnię pierwotnej Ziemi. Pod koniec zróżnicowania planetarnego większość krzemianów utworzyła gruby płaszcz planety, a produkty jej topnienia dały początek rozwojowi skorupy glinokrzemianowej, pierwotnego oceanu i pierwotnej atmosfery nasyconej CO 2 .

A.P. Vinogradov (1971), na podstawie analizy faz metalicznych materii meteorytowej, uważa, że ​​stały stop żelazowo-niklowy powstał niezależnie i bezpośrednio z fazy gazowej chmury protoplanetarnej i skondensowany w 1500 ° C. Żelazo- Stop niklu meteorytów, zdaniem naukowca, ma charakter pierwotny i odpowiednio charakteryzuje fazę metaliczną planet ziemskich. Stopy żelazowo-niklowe o dość dużej gęstości, jak sądzi Winogradow, powstały w chmurze protoplanetarnej, spieczonej dzięki wysokiej przewodności cieplnej na oddzielne kawałki, które opadły do ​​środka chmury gazowo-pyłowej, kontynuując ciągły wzrost kondensacji. Tylko masa stopu żelaza i niklu, niezależnie skondensowanego z obłoku protoplanetarnego, mogła utworzyć jądra planet typu ziemskiego.

Wysoka aktywność pierwotnego Słońca wytworzyła w otaczającej przestrzeni pole magnetyczne, które przyczyniło się do namagnesowania substancji ferromagnetycznych. Należą do nich metaliczne żelazo, kobalt, nikiel i częściowo siarczek żelaza. Punkt Curie - temperatura, poniżej której substancje uzyskują właściwości magnetyczne - dla żelaza wynosi 1043 ° K, dla kobaltu - 1393 ° K, dla niklu - 630 ° K, a dla siarczku żelaza (pirotyt, zbliżony do troilitu) - 598 ° K. Od siły magnetyczne dla małych cząstek są o wiele rzędów wielkości większe od grawitacyjnych sił przyciągania, które zależą od mas, wówczas akumulacja cząstek żelaza z stygnącej mgławicy słonecznej mogła rozpocząć się przy temperaturach poniżej 1000 °K w postaci dużych stężeń i była wielokrotnie bardziej wydajne niż akumulacja cząstek krzemianu w innych równych warunkach. Siarczek żelaza poniżej 580°K może również gromadzić się pod wpływem sił magnetycznych po żelazie, kobalcie i niklu.

Główny motyw struktury strefowej naszej planety wiązał się z przebiegiem sukcesywnej akumulacji cząstek o różnym składzie - najpierw silnie ferromagnetycznych, potem słabo ferromagnetycznych, a na końcu krzemianowych i innych cząstek, których akumulacja była już podyktowana głównie przez siły grawitacyjne narosłych masywnych metali.

Zatem główną przyczyną strefowej budowy i składu skorupy ziemskiej było szybkie nagrzewanie radiogeniczne, które determinowało wzrost jej temperatury i dodatkowo przyczyniało się do lokalnego topnienia materiału, rozwoju zróżnicowania chemicznego i właściwości ferromagnetycznych pod wpływem energia słoneczna.

Etap obłoku gazowo-pyłowego i formowanie się Ziemi jako kondensacji w tej chmurze. Atmosfera zawarta H oraz Nie, nastąpiło rozproszenie tych gazów.

W procesie stopniowego nagrzewania protoplanety redukowano tlenki żelaza i krzemiany, a wewnętrzne części protoplanety wzbogacono metalicznym żelazem. Do atmosfery zostały uwolnione różne gazy. Powstawanie gazów nastąpiło w wyniku procesów radioaktywnych, radiochemicznych i chemicznych. Początkowo do atmosfery uwalniane były głównie gazy obojętne: Ne(neon), Ns(nilsborium), CO 2(tlenek węgla), H 2(wodór), Nie(hel), Ag(argon), Kg(krypton), Heh(ksenon). W atmosferze stworzono regenerującą atmosferę. Może była jakaś edukacja NH3(amoniak) poprzez syntezę. Potem, oprócz wskazanych, do atmosfery zaczął wdzierać się kwaśny dym - CO 2, H2S, HF, SO2. Nastąpiła dysocjacja wodoru i helu. Uwalnianie się pary wodnej i powstawanie hydrosfery spowodowało spadek stężeń gazów wysokorozpuszczalnych i reaktywnych ( CO2, H2S, NH3). Odpowiednio zmienił się skład atmosfery.

Poprzez wulkany i w inny sposób kontynuowano uwalnianie pary wodnej z magmy i skał magmowych, CO 2, WIĘC, NH3, NIE 2, SO2. Był też wybór H 2, Około 2, nie, Ag, Ne, kr, Xe w wyniku procesów radiochemicznych i przemian pierwiastków promieniotwórczych. stopniowo gromadzone w atmosferze CO 2 oraz N 2. Nastąpiła lekka koncentracja Około 2 w atmosferze, ale też były w niej obecne CH 4 , H 2 oraz WIĘC(z wulkanów). Tlen utleniał te gazy. Gdy Ziemia ochładzała się, wodór i gazy obojętne były pochłaniane przez atmosferę, zatrzymywane przez grawitację i pole geomagnetyczne, podobnie jak inne gazy atmosfery pierwotnej. Atmosfera wtórna zawierała trochę resztkowego wodoru, wody, amoniaku, siarkowodoru i miała charakter silnie redukujący.

Podczas formowania się proto-Ziemi cała woda miała różne formy związane z materią protoplanety. W miarę jak Ziemia uformowała się z zimnej protoplanety i jej temperatura stopniowo wzrastała, w skład krzemianowego roztworu magmy coraz częściej wchodziła woda. Część wyparowała z magmy do atmosfery, a następnie uległa rozproszeniu. Gdy Ziemia ochładzała się, rozpraszanie pary wodnej osłabło, a następnie praktycznie całkowicie ustało. Atmosferę Ziemi zaczęto wzbogacać zawartością pary wodnej. Jednak opady atmosferyczne i tworzenie się zbiorników wodnych na powierzchni Ziemi stały się możliwe dopiero znacznie później, gdy temperatura na powierzchni Ziemi spadła poniżej 100°C. Spadek temperatury na powierzchni Ziemi do mniej niż 100°C był niewątpliwie skokiem w historii ziemskiej hydrosfery. Do tego momentu woda w skorupie ziemskiej była tylko w stanie związanym chemicznie i fizycznie, stanowiąc wraz ze skałami jedną niepodzielną całość. Woda znajdowała się w atmosferze w postaci gazu lub gorącej pary. Gdy temperatura powierzchni Ziemi spadła poniżej 100°C, na jej powierzchni w wyniku ulewnych deszczów zaczęły tworzyć się dość rozległe płytkie zbiorniki wodne. Od tego czasu na powierzchni zaczęły formować się morza, a następnie ocean pierwotny. W skałach Ziemi, wraz ze związaną w wodzie, krzepnącą magmą i wyłaniającymi się skałami magmowymi, pojawia się wolna kroplowa woda.

Ochłodzenie Ziemi przyczyniło się do powstania wód gruntowych, które znacznie różniły się składem chemicznym między sobą a wodami powierzchniowymi mórz pierwotnych. Atmosfera ziemska, która powstała podczas chłodzenia początkowej gorącej materii z materiałów lotnych, par i gazów, stała się podstawą do tworzenia atmosfery i wody w oceanach. Pojawienie się wody na powierzchni ziemi przyczyniło się do procesu cyrkulacji atmosferycznej mas powietrza między morzem a lądem. Nierównomierny rozkład energii słonecznej na powierzchni Ziemi spowodował cyrkulację atmosferyczną między biegunami a równikiem.

Wszystkie istniejące elementy uformowały się w skorupie ziemskiej. Osiem z nich — tlen, krzem, glin, żelazo, wapń, sód, potas i magnez — stanowiło ponad 99% skorupy ziemskiej pod względem masy i liczby atomów, podczas gdy cała reszta stanowiła mniej niż 1%. Główna masa pierwiastków jest rozproszona w skorupie ziemskiej i tylko niewielka ich część utworzyła nagromadzenia w postaci złóż mineralnych. W złożach pierwiastki zwykle nie występują w czystej postaci. Tworzą naturalne związki chemiczne - minerały. Tylko nieliczne – siarka, złoto i platyna – mogą gromadzić się w czystej, rodzimej formie.

Skała to materiał, z którego zbudowane są sekcje skorupy ziemskiej o mniej więcej stałym składzie i strukturze, składające się z nagromadzenia kilku minerałów. Głównym procesem formowania skał w litosferze jest wulkanizm (ryc. 6.1.2). Na dużych głębokościach magma znajduje się w warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury. Magma (z greckiego: „gęste błoto”) składa się z wielu pierwiastków chemicznych lub prostych związków.

Ryż. 6.1.2. Wybuch

Wraz ze spadkiem ciśnienia i temperatury pierwiastki chemiczne i ich związki są stopniowo „uporządkowane”, tworząc prototypy przyszłych minerałów. Gdy tylko temperatura spadnie na tyle, aby rozpocząć krzepnięcie, minerały zaczynają wydobywać się z magmy. Tej izolacji towarzyszy proces krystalizacji. Jako przykład krystalizacji podajemy powstawanie kryształu soli NaCl(Rys. 6.1.3).

Rys.6.1.3. Struktura kryształu soli kuchennej (chlorku sodu). (Małe kulki to atomy sodu, duże kulki to atomy chloru.)

Wzór chemiczny wskazuje, że substancja zbudowana jest z tej samej liczby atomów sodu i chloru. W przyrodzie nie ma atomów chlorku sodu. Substancja chlorek sodu jest zbudowana z cząsteczek chlorku sodu. Kryształy soli kamiennej składają się z atomów sodu i chloru naprzemiennie wzdłuż osi sześcianu. Podczas krystalizacji, pod wpływem sił elektromagnetycznych, każdy z atomów w strukturze krystalicznej ma tendencję do zajmowania swojego miejsca.

Krystalizacja magmy miała miejsce w przeszłości i występuje obecnie podczas erupcji wulkanicznych w różnych warunkach naturalnych. Gdy magma krzepnie na głębokości, to proces jej stygnięcia przebiega powoli, pojawiają się ziarniste, dobrze skrystalizowane skały, które nazywane są głębokimi. Należą do nich granity, diaryty, gabro, sjanity i perydotyty. Często pod wpływem aktywnych sił wewnętrznych Ziemi magma wylewa się na powierzchnię. Na powierzchni lawa ochładza się znacznie szybciej niż na głębokości, więc warunki do tworzenia kryształów są mniej sprzyjające. Kryształy są mniej trwałe i szybko zamieniają się w skały metamorficzne, luźne i osadowe.

W naturze nie ma minerałów i skał, które istnieją wiecznie. Jakakolwiek skała kiedyś powstała i pewnego dnia jej istnienie dobiega końca. Nie znika bez śladu, ale zamienia się w kolejną skałę. Tak więc, gdy granit ulega zniszczeniu, jego cząsteczki tworzą warstwy piasku i gliny. Piasek po zanurzeniu może zamienić się w piaskowiec i kwarcyt, a przy wyższym ciśnieniu i temperaturze wytworzyć granit.

Świat minerałów i skał ma swoje własne „życie”. Istnieją bliźniacze minerały. Na przykład, jeśli zostanie znaleziony minerał „ołowiowy połysk”, to minerał „z blendy cynkowej” zawsze będzie obok niego. Te same bliźniaki to złoto i kwarc, cynober i antymonit.

Są minerały "wrogowie" - kwarc i nefelin. Kwarc w składzie odpowiada krzemionce, nefelin - glinokrzemianowi sodu. I chociaż kwarc jest bardzo rozpowszechniony w przyrodzie i jest częścią wielu skał, to nie „toleruje” nefelinu i nigdy nie występuje z nim w miejscu. Sekret antagonizmu wiąże się z niedosyceniem nefelinu krzemionką.

W świecie minerałów zdarzają się przypadki, gdy jeden minerał okazuje się agresywny i rozwija się kosztem innego, gdy zmieniają się warunki środowiskowe.

Minerał, popadając w inne warunki, czasami okazuje się niestabilny i zostaje zastąpiony innym minerałem, zachowując swoją pierwotną formę. Takie przemiany często zachodzą w przypadku pirytu, który ma podobny skład do dwusiarczku żelaza. Zwykle tworzy złote kryształy sześcienne z silnym metalicznym połyskiem. Pod wpływem tlenu atmosferycznego piryt rozkłada się na brązową rudę żelaza. Ruda brązowego żelaza nie tworzy kryształów, ale powstając w miejsce pirytu zachowuje kształt swojego kryształu.

Takie minerały są żartobliwie nazywane „oszustami”. Ich nazwa naukowa to pseudomorfozy lub fałszywe kryształy; ich kształt nie jest charakterystyczny dla składnika mineralnego.

Pseudomorfozy świadczą o złożonych relacjach między różnymi minerałami. Związki między kryształami jednego minerału też nie zawsze są proste. W muzeach geologicznych zapewne nie raz podziwiałeś piękne przerosty kryształów. Takie przerosty nazywane są druzami, czyli zaroślami górskimi. W złożach mineralnych są obiektem lekkomyślnych „polowań” miłośników kamienia – zarówno początkujących, jak i doświadczonych mineralogów (ryc. 6.1.4).

Druzowie są bardzo piękni, więc takie zainteresowanie nimi jest całkiem zrozumiałe. Ale nie chodzi tylko o wygląd. Zobaczmy, jak powstają te pędzle kryształów, dowiedzmy się, dlaczego kryształy z ich wydłużeniem są zawsze mniej więcej prostopadłe do powierzchni wzrostu, dlaczego w druzach nie ma lub prawie nie ma kryształów, które leżałyby płasko lub rosły ukośnie. Wydawałoby się, że podczas formowania się „jądra” kryształu powinien on leżeć na powierzchni wzrostu, a nie stać na nim pionowo.

Ryż. 6.1.4. Schemat geometrycznej selekcji rosnących kryształów podczas formowania druz (według D.P. Grigorieva).

Wszystkie te pytania dobrze wyjaśnia teoria geometrycznego doboru kryształów słynnego mineraloga - profesora Leningradzkiego Instytutu Górniczego D. P. Grigoriewa. Udowodnił, że na powstawanie kryształowych druz wpływa wiele przyczyn, ale w każdym razie rosnące kryształy oddziałują ze sobą. Niektóre z nich okazują się „słabsze”, więc ich wzrost szybko się zatrzymuje. Te bardziej „silne” wciąż rosną i aby nie dać się „ograniczać” sąsiadom, wyciągają się w górę.

Jaki jest mechanizm powstawania pędzli górskich? W jaki sposób liczne różnie zorientowane „jądra” zamieniają się w niewielką liczbę dużych kryształów położonych mniej więcej prostopadle do powierzchni wzrostu? Odpowiedź na to pytanie można uzyskać, jeśli uważnie przyjrzymy się budowie druzy, składającej się z kryształów w kolorze strefowym, czyli takich, w których zmiany koloru dają ślady wzrostu.

Przyjrzyjmy się bliżej podłużnemu przekrojowi druzy. Na nierównej rosnącej powierzchni widoczne są liczne jądra krystaliczne. Oczywiście ich wydłużenia odpowiadają kierunkowi największego wzrostu. Początkowo wszystkie jądra, niezależnie od orientacji, rosły w jednakowym tempie w kierunku wydłużania kryształów. Ale wtedy kryształy zaczęły się dotykać. Pochylni szybko zostali ściśnięti przez swoich rosnących w pionie sąsiadów, nie pozostawiając im wolnego miejsca. Dlatego z masy różnie zorientowanych małych kryształków „ocalały” tylko te, które były usytuowane prostopadle lub prawie prostopadle do powierzchni wzrostu. Za lśniącym zimnym blaskiem kryształowych druzów, przechowywanych w gablotach muzeów, kryje się długie, pełne kolizji życie...

Innym niezwykłym zjawiskiem mineralogicznym jest kryształ górski z wiązkami inkluzji mineralnych rutylu. Wielki znawca kamieni A. A. Malakhov powiedział, że „kiedy obracasz ten kamień w swoich rękach, wydaje się, że patrzysz na dno morskie przez głębiny przeszyte włóknami słonecznymi”. Na Uralu taki kamień nazywany jest „włochatym”, aw literaturze mineralogicznej znany jest pod wspaniałą nazwą „Włosy Wenus”.

Proces tworzenia kryształów rozpoczyna się w pewnej odległości od źródła ognistej magmy, gdy gorące roztwory wodne z krzemem i tytanem wnikają w szczeliny w skałach. W przypadku spadku temperatury roztwór okazuje się być przesycony, jednocześnie wytrącają się z niego kryształy krzemionki (kryształ górski) i tlenek tytanu (rutyl). To wyjaśnia penetrację kryształu górskiego za pomocą igieł rutylowych. Minerały krystalizują w określonej kolejności. Czasami wyróżniają się jednocześnie, jak w formacji „Hair of Venus”.

We wnętrznościach Ziemi wciąż trwa kolosalna, destrukcyjna i twórcza praca. W łańcuchach niekończących się reakcji rodzą się nowe substancje - pierwiastki, minerały, skały. Magma płaszcza wdziera się z nieznanych głębin w cienką skorupę skorupy ziemskiej, przebija się przez nią, próbując znaleźć wyjście na powierzchnię planety. Fale oscylacji elektromagnetycznych, strumienie neuronów, strumień promieniowania radioaktywnego z wnętrzności Ziemi. To oni stali się jednymi z głównych w powstaniu i rozwoju życia na Ziemi.

Ziemia jest jedyną planetą w naszym Układzie Słonecznym, na której powstało życie. Pod wieloma względami było to ułatwione dzięki obecności w nim sześciu różnych muszli: atmosfery, hydrosfery, biosfery, litosfery, pirosfery i centrosfery. Wszystkie ściśle ze sobą oddziałują, co wyraża się w wymianie energii i materii. W tym artykule rozważymy ich skład, główne cechy i właściwości.

Zewnętrzne powłoki Ziemi to atmosfera, hydrosfera i litosfera.

Gazowa powłoka Ziemi to atmosfera, poniżej graniczy z hydrosferą lub litosferą i rozciąga się w górę na 1000 km. Wyróżnia się w nim trzy warstwy: poruszającą się troposferę; za nim jest stratosfera; za nim znajduje się jonosfera (górna warstwa).

Wysokość troposfery wynosi około 10 km, a masa to 75% masy atmosfery. Porusza powietrze w sposób poziomy lub pionowy. Powyżej znajduje się stratosfera, która rozciąga się na 80 km w górę. Tworzy warstwy, poruszając się w kierunku poziomym. Poza stratosferą znajduje się jonosfera, w której powietrze jest stale jonizowane.

Wielkość hydrosfery - powłoki wodnej Ziemi, stanowi 71% całej powierzchni planety. Średnie zasolenie wody wynosi 35 g/l. Powierzchnia oceanu ma gęstość około 1 i temperaturę 3-32 ° C. Są w stanie przeniknąć nie głębiej niż dwieście metrów, a ultrafiolet - 800 m.

Siedliskiem organizmów żywych jest biosfera, łączy się ona z hydrosferą, atmosferą i litosferą. Górna krawędź biosfery wznosi się do górnych kul troposfery, a dolna sięga dna zagłębień w oceanach. Wyróżnia sferę zwierząt (ponad milion gatunków) i sferę roślin (ponad 500 tysięcy gatunków).

Grubość litosfery - kamiennej skorupy Ziemi, może wahać się od 35 do 100 km. Obejmuje wszystkie kontynenty, wyspy i dno oceanu. Poniżej znajduje się pirosfera, która jest ognistą skorupą naszej planety. Na głębokości co 33 metry następuje wzrost temperatury o około 1°C. Prawdopodobnie na dużych głębokościach, pod wpływem ogromnego ciśnienia i bardzo wysokich temperatur, skały ulegają stopieniu i są w stanie zbliżonym do płynnego.

Położenie centralnej powłoki Ziemi - jądra - głębokość 1800 km. Większość naukowców popiera wersję, w której składa się z niklu i żelaza. W nim temperatura komponentów wynosi kilka tysięcy stopni Celsjusza, a ciśnienie 3 000 000 atmosfer. Stan jądra nie został jeszcze rzetelnie zbadany, ale wiadomo, że nadal się ochładza.

Powłoki geosferyczne Ziemi nieustannie się zmieniają: ognista gęstnieje, a solidna gęstnieje. Ten proces kiedyś wywołał pojawienie się solidnych kamiennych bloków - kontynentów. A w naszych czasach ognista sfera nie zatrzymuje swojego wpływu na życie na planecie. Jego wpływ jest bardzo duży. Ciągle zmieniające się kontury kontynentów, klimat, oceany,

Endogenne i wpływają na ciągłą zmianę ciała stałego, która wpływa na biosferę planety.

Wszystkie zewnętrzne powłoki Ziemi mają wspólną właściwość - wysoką mobilność, dzięki której najmniejsza zmiana w którejkolwiek z nich natychmiast rozprzestrzenia się na całą jej masę. To wyjaśnia, dlaczego jednorodność składu muszli jest względna w różnym czasie, chociaż uległy one znacznym zmianom podczas rozwoju geologicznego. Na przykład, zdaniem wielu naukowców, początkowo w atmosferze nie było wolnego tlenu, ale był on nasycony, a później, w wyniku żywotnej aktywności roślin, uzyskał swój obecny stan. W podobny sposób zmieniał się skład skorupy wodnej Ziemi, o czym świadczą porównawcze wskaźniki składu solnego wód zamkniętych i oceanicznych. W ten sam sposób zmienił się cały organiczny świat, zmiany wciąż w nim zachodzą.