СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ лектор Алексей Юрьевич Ретеюм На

СОВРЕМЕННОЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ лектор Алексей Юрьевич Ретеюм

На предыдущих лекциях вы узнали, что: 1. Нас окружают системы с однотипным строением: все они состоят из ядра и оболочек; 2. Самая большая из известных нам систем – Галактика, ядро которой активно и своими излучениями оказывает влияние на Землю; 3. Земля входит в Солнечную систему, где все части (включая центральную звезду) находятся во взаимной зависимости.

ЛЕКЦИЯ ТРЕТЬЯ

ТЕМЫ ЛЕКЦИИ: • Земля как ядерная система • Ядро и внутренние оболочки • Страницы истории

Строение Земли

Строение плотной части Земли

Сейсмический метод исследования Дракон, играющий с жабами

Схема работы сейсмометра

Современный сейсмограф

Запись событий

Типы сейсмических волн

Строение Земли по сейсмическим данным

Благодарю за внимание!

Благодарю за внимание!

Кольская сверхглубокая скважина

Процесс бурения. Закончился на глубине 12 262 м.

Благодарю за внимание! Бур

Керн

Распространение сейсмических волн

Прохождение сейсмических волн

Благодарю за внимание!

Строение Земли

Строение Земли по сейсмическим данным

В плотной Земле выделяются несколько геосфер (К. Булленом они обозначены буквами от А до G). A - Земная кора простирается до глубины 33 км, изучена до глубины 12, 2 км при научном бурении, ниже с помощью сейсмических методов исследования. Мантия захватывает сферы B, C, D до глубины 2900 км и делится на верхнюю и нижнюю. B - Литосфера входит в верхнюю мантию. C - Астеносфера входит в верхнюю мантию. D - Нижняя мантия. E - Внешнее ядро, F - пограничная зона, G - внутреннее ядро.

Кора (внешняя оболочка с глубинами до 33 км. ) характеризуется: • плотность вещества на поверхности равна 2, 670 г/см 3, • градиент температуры 12 град С на 1 км. • давление на глубине 12 км приближается к 1 -3 10 -3 Мбар, • наличие сильно минерализированных вод на глубинах 8 -12 км. Их наличие дает падение скорости продольной и поперечной сейсмической волны зарегистрированное для этих глубин. В этой области свойства пород определяются энергией связи между атомами, образующими кристаллическую структуру.

Строение Земли по сейсмическим данным

На глубине около 1000 км, у границы области C и D складываются следующие условия: • плотность вещества порядка 4 г/см 3 • давление порядка 0, 3 -0, 5 Мбар • температура порядка 1000 градусов. На глубинах до 710 км при сжатии возможно образование кристаллических структур с более плотной кристаллической решеткой и большей энергией связи между ее атомами. На глубинах 710 км еще имеются образования содержащие кристаллические структуры, что подтверждается наличием в этой области очагов землетрясений, возникающих при их разрушении. На глубинах более 1000 -1200 км при давлении более 0, 3 -0, 5 Мбар в фрагментированное состояние переходят все существующие породы с дальнейшим сжатием.

Распределение очагов землетрясений (М 5)

На глубинах от 1000 до 2900 км под действием давления происходит дальнейшее сжатие пород, при этом вещество полностью переходит в состояние в котором в объеме содержаться только атомы составляющих веществ (жидкий расплав). Энергия разрушенных под воздействием давления атомных связей в кристалле выделяется в виде тепла. Состояние вещества в атомарной форме, можно назвать аморфным состоянием вещества, характеризующееся низкой теплопроводностью, высокой вязкостью и плотностью на глубине менее 2900 км порядка 5 -6 г/см 3. Давление достигает 1, 1 -1, 5 Мбар, а температура в слое D от 1000 град. на границе со слоем C до 5 -7 тысяч градусов вблизи слоя E.

Строение Земли по сейсмическим данным

. В сфере E давление настолько велико, что вещество переходит в новое состояние. Оно характеризуется плотной упаковкой атомов вещества, и наиболее слабо связанные с атомом внешние электроны отрываются и становятся общими для всех атомов. . При дальнейшем росте давления атомы сближаются и теряют электроны с внутренних оболочек вплоть до потери всех электронов на нижней границе сферы E. Электроны из внутренних областей сферы E диффундируют в область меньшей плотности вещества, таким образом внешняя область сферы E характеризуется избыточным содержанием электронов и повышенной проводимостью и рядом других, не обычных для вещества такой плотности физических параметров (аномально низка вязкость). Эта область вращается вместе с планетой во внешних магнитных полях Солнечной системы и участвует в создании магнитного поля Земли.

Дальнейшее сжатие приводит к совершенно новому состоянию вещества. При давлении, превышающем 5 Мбар, начинают сливаться ядра вещества, освобождая энергию связи. Наиболее интересна переходная сфера F в которой преобладают ядра водорода (протоны) как наиболее легкие и более подвижные частицы. В магнитном поле Земли протоны как и электроны могут образовывать упорядоченные потоки, отличающиеся большей инерционностью. Поскольку число протонов равно в атоме числу электронов их токи соизмеримы, а энергия движения потоков протонов в 1836 раз больше, чем и объясняется их определяющее влияние на магнитное поле земли. Неустойчивость какого-либо из этих двух источников магнитного поля Земли может привести к лавинообразному процессу переполюсовки магнитных полюсов Земли.

О состоянии вещества на глубинах более 5000 км ничего не известно. Очевидно, давление в этой области продолжает расти, как и плотность вещества. Но скорость сейсмической волны практически не растет и держится на уровне 10 -11 км/сек. Это может быть объяснено новым, неизвестным науке состоянием вещества. По данным американских ученых, в центе ядра Земли находится еще более плотное образование диаметром около 600 км. Можно предполагать, что в этой области находятся частицы, образующие ядра атомов сжатые давлением с избыточным содержанием нуклонов (нейтронов, протонов). Плотность вещества в этой области чрезвычайно велика (более 13 г/см 3), а температура возможно выше 10 тыс. град.

Центральное ядро земли способно генерировать устойчивые и слабо устойчивые ядра элементов (ядра изотопов с малым периодом полураспада), которые группируются из частиц образующих ядро. Неустойчивые ядра уходя в зону более низких температур и давлений (от центра) могут распадаться в соответствии со своим временем жизни и в свою очередь генерировать более легкие ядра. Такие ядра попадая в сферу E захватывают электроны и при дальнейшей диффузии в области образуют атомы. Те из них которые имеют время жизни большее времени прохождения сферы E, попадая в сферу D, другие распадаются на пути к сферам В и С на атомы более легких веществ. Сфера D является зоной образования химических соединений. Из-за относительно низкой теплопроводности градиент температур в ней велик и это способствует активному движению вещества. Общая структура земных сфер имеет ярко выраженные градиенты температур и давлений, направленные из центральных сфер к внешним. это способствует диффузии внутреннего вещества к наружным сферам.

Океаническое полушарие

Континентальное полушарие

Диссимметрия ядра

Описанный процесс позволяет объяснить почему на глубинах 12 тыс. м такое высокое содержание теплотворных радиоактивных элементов (U, Th, K), что «половина теплового потока имеет радиогенное происхождение» . Все перечисленное позволяет утверждать, что химический состав земной коры предопределен процессами происходящими в ядре. В верхней части коры, на глубинах от долей км и до 33 км, в условиях падения температуры и давления конденсируются летучие соединения исходящие из более глубоких слоев с высокими температурами и давлением, насыщая ее жидкими и легкоплавкими веществами.

Вывод: ядро Земли очевидно играет роль звезды в Солнечной системе, отдавая энергию и вещество в окружающие его оболочки. Эти процессы служат причиной роста (расширения) планеты.

Страницы истории

Генри Кавендиш в 1798 г. с помощью крутильных весов определил массу и плотность Земли

Эмиль Вейхарт в 1898 г. по аналогии с метеоритами предположил, что Земля должна иметь тяжелое железноникелевое ядро, поскольку плотность известных горных пород меньше средней плотности планеты.

Ричард Диксон Олдхэм в 1906 г. анализируя сейсмограммы обнаружил, что скорость сейсмических волн увеличивается до определенной глубины, а потом она резко снижается, что свидетельствует о наличии ядра. Дальнейшие исследования показали, что ядро жидкое, так как не пропускает S-волны

Андрей Мохоровичич в 1909 г. Установил существование поверхности раздела между земной корой и мантией, на которой происходит резкий скачок скорости сейсмических волн (от 7 до 8— 8, 2 км/с). Находится эта граница на глубине от 7 (под океанами) до 70 километров (под складчатыми поясами).

В 1936 г. Инге Леман открыла, что внутри жидкого ядра имеется твердое ядро.

Благодарю за внимание!

Ответ на вопрос о том, что происходило в Солнечной системе в годы Второй мировой войны

Цикл 1632 -1810

Цикл 1632 -1810

1760. Семилетняя война

1581. Ливонская война

1402. Ангорская битва

1223. Битва на реке Калке

Прирост сосны

Благодарю за внимание!