Магнитное поле: магнитосфера земли, магнитное склонение и наклонение. Миграция магнитных полюсов и их инверсия. Региональные и локальные магнитные аномалии. Природа магнитного поля земли.

Магнитное поле Земли связано с наличием в ее недрах жидкого железо-никелевого ядра. Если гравитационным полем обладают все планеты Солнечной системы, то магнитное поле имеется не у всех планет. Магнитное поле действует на магнитные тела, в частности на магнитную стрелку компаса.

Магнитное склонение – угол между направлениями на географический и магнитный полюса.

Магнитное наклонение – угол наклона магнитной стрелки относительно горизонтальной поверхности. На полюсе угол равен 90⁰, на экваторе – 0⁰

Изогоны – линии, соединяющие точки с одинаковым магнитным склонением

Изоклины – линии, соединяющие точки с одинаковым магнитным наклонением.

Магнитные аномалии – отклонения измеренного (наблюденного) магнитного поля от расчетного.

Региональные аномалии связаны крупными неоднородностями в строении ядра

Локальные аномалии связаны с наличием горных пород, отличающихся по магнитным свойствам (магнитной восприимчивости)

Магнитосфера – объем околоземного пространства в пределах которого магнитное поле выше межпланетного. Магнитное поле убывает пропорционально кубу расстояния до Земли.Со стороны Солнца магнитное поле прослеживается на 10 земных радиусов, с противоположной стороны оно убывает медленно и точная граница не зафиксирована (оценивается в 900 R).

Гравитационное поле Земли, его неоднородности: локальные и региональные аномалии. Понятие изостозии.

Гравитационным полем обладают все тела, имеющие массу покоя. Оно выражается в том, что материальные тела притягиваются друг к другу с силой:

F=γ(М*m)/R2, где

γ – гравитационная постоянная

М – масса Земли

m – масса пробного тела

R – расстояние до центра масс

В силу различия в полярном и экваториальном радиусах Земли сила тяжести на полюсе будет больше, чем на экваторе. Полярный радиус меньше, чем экваториальный

Отклонение измеренного значения гравитационного поля от расчетного получило название гравитационной аномалии. Гравитационные аномалии бывают региональные и локальные. Региональные гравитационные аномалии связаны с крупными плотностными неоднородностями в строении Земли: горные области, поднятые или опущенные блоки земной коры Локальные гравитационные аномалии связаны с наличием отдельных слоев или небольших геологических тел с большой или малой плотностью горных пород.

Изостазия (изостатическое равновесие) — гидростатически равновесное состояние земной коры, при котором менее плотная земная кора (средняя плотность 2.8 г/см³) «плавает» в более плотном слое верхней мантии — астеносфере (средняя плотность 3.3 г/см³), подчиняясь закону Архимеда. Изостазия не является локальной, то есть в изостатическом равновесии находятся достаточно крупные (100—200 км) блоки.

Тепловое поле Земли: представления об источниках энергии Земли, геотермические градиент и ступень. Пояс постоянных температур. Использование тепловой энергии Земли человеком.

Связано с тепловой энергией горных пород и его можно оценивать по температуре пород.

Источники тепла ЗЕМЛИ:

1. Гравитационная дифференциация на ранних этапах развития ЗЕМЛИ

2. Радиоактивный распад в верхних оболочках ЗЕМЛИ (урана, тория, калия и др.)

3. Химические реакции в недрах ЗЕМЛИ с выделение тепла

4. Трение оболочек ЗЕМЛИ в результате приливных и отливных явлений со стороны ЛУНЫ

5. Бомбардировка поверхности ЗЕМЛИ кометами при падении которых разогреваются верхние оболочки ЗЕМЛИ

Пояс постоянных температур – это глубина от поверхности земли, на которой не сказываются сезонные колебания температур

Геотермический градиент – это изменение температуры с углублением от поверхности земли на единицу длины. Средняя геотермическая ступень по земному шару составляет 3⁰ на 100 метров

Геотермическая ступень – это глубина, на которую нужно опуститься вниз, чтобы температура пород изменилась на 1⁰. Средняя геотермическая ступень составляет 33 метра

Мало того, человек еще долгие годы будет использовать тепло земных недр в хозяйственных нуждах. Геотермальная энергетика становится все более реальной альтернативой традиционным источникам тепла. Только за последний год в Швейцарии введено в действие более 3 тыс. тепловых насосов, в США работает более 400 тыс. таких насосов (Ю. А. Попов). Ряд стран активно развивают геотермальную энергетику, обеспечивающую получение электроэнергии и тепла для подогрева. В России введена в строй Мутновская ГеоТЭС. Во многих регионах нашей страны геотермальная энергетика может оказаться главной надеждой на получение дешевой и экологически чистой тепловой энергии в будущем.

Атмосфера Земли: газовый состав, плотностная и температурная неоднородность. Озоновый слой и его значение для живого на Земле. Радиационные пояса в атмосфере.

Атмосфера — воздушная оболочка Земли, изучением которой занимается специальная наука — метеорология. Однако с атмосферой связано большинство экзогенных геологических процессов, имеющих огромное значение для развития нашей планеты.

Атмосфера представляет собой механическую смесь газов. У поверхности Земли воздух состоит из азота (78,08 %), кислорода (20,95 %),аргона (0,93 %), углекислого газа (0,03 %); водород, неон, озон, гелий, криптон, ксенон, аммиак, перекись водорода, эманации радия вместе составляют 0,01 %. Кроме того, в атмосфере, особенно в нижних ее слоях, содержатся водяной нар, пыль и микроорганизмы. Состав газов в атмосфере в основном сохраняется, хотя с высотой наблюдаются изменения в соотношении отдельных компонентов.

Озо́новый слой — часть стратосферы на высоте от 12 до 50 км (в тропических широтах 25—30 км, в умеренных 20—25, в полярных 15—20), в которой под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца молекулярный кислород (О2) диссоциирует на атомы, которые затем соединяются с другими молекулами О2, образуя озон (О3). Относительно высокая концентрация озона (около 8 мл/м³) поглощает опасные ультрафиолетовые лучи и защищает всё живущее на суше от губительного излучения.

Более того, если бы не озоновый слой, то жизнь не смогла бы вообще выбраться из океанов и высокоразвитые формы жизни типа млекопитающих, включая человека, не возникли бы. Наибольшая плотность озона встречается на высоте около 20—25 км, наибольшая часть в общем объёме — на высоте 40 км. Он защищает ее от ультра­фиолетового излучения, пагубно влияющего на все живое на Земле. Большое зна­чение озоновый слой имеет и для поддержания температурного баланса на Зем­ле.

Радиационные пояса Земли внутренние области земной магнитосферы, в которых магнитное поле Земли удерживает заряженные частицы (Протоны,Электроны,Альфа-частицы), обладающие кинетической энергией. При движении заряженной частицы в магнитном поле Земли её мгновенный центр вращения находится на одной и той же поверхности, получившей название магнитной оболочки.

Гидросфера: наземная и подземная составляющие. Формы нахождения воды: жидкая, твердая и газообразная и их объемные соотношения между собой. Биосфера. Ноосфера – как оболочка активного проявления человеческой деятельности.

ГИДРОСФЕРА— прерывистая водная оболочка Земли, одна из геосфер, располагающаяся между атмосферой и литосферой; совокупность океанов, морей, континентальных водоемов и ледяных покровов. Г. покрывает около 70,8% земной поверхности

В науках о Земле под гидросферой подразумевают прерывистую поверхностную оболочку, состоящую из воды морей и океанов, поверхностных водоемов суши, временных и постоянных водотоков, твердой воды в виде снега и льда. Наряду с поверхностной существует и подземная гидросфера, к которой относятся грунтовые и подземные, в том числе артезианские воды.

Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы

Ноосфера — предположительно новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы

1. ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с момента появления человека;

2. ноосфера развитая, сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека".

Форма и размеры Земли. Особенности строения ее поверхности. Понятие о геоиде. Масса и плотность Земли. Основные сведения о земной коре, мантии и ядре. Состав и строение земной коры. Химический состав земной коры.

Известно, что планета сформировалась под действием двух сил — силы взаимного притяжения её частиц и центробежной силы, возникающей из-за вращения планеты вокруг своей оси. Сила тяжести представляет собой равнодействующую этих двух сил. Степень сжатия зависит от угловой скорости вращения: чем быстрее вращается тело, тем больше оно сплющивается у полюсов.

Расстояние от центра планеты до экватора называется экваториальным радиусом и составляет 6378,2 км, а расстояние до полюса — полярным радиусом и равно 6356,8 км. Разница полярного и экваториального радиусов составляет примерно 21 км. Следовательно, наша планета действительно не похожа на ровный шар, а сплющена у полюсов и является эллипсоидом.

Истинную геометрическую форму Земли назвали геоидом — телом с воображаемой поверхностью, совпадающей с поверхностью спокойного океана, которая на суше мысленно продолжается под материками и островами.

Детальные измерения с помощью искусственных спутников показали, что Земля сжата не только на полюсах, но и по экватору (наибольший и наименьший радиусы по экватору отличаются на 210 м - прим. от geoglobus.ru), а значит, является трехосным эллипсоидом. Согласно последним расчётам, этот эллипсоид несимметричен и по отношению к экватору — южный полюс расположен к экватору немного ближе, чем северный.

Рельеф нашей планеты неровен — низменные равнины чередуются с высокими горными хребтами, а на дне океана обнаружены глубоководные впадины

масса – 5976·10 21 кг, ср. плотность – 5518 кг/м³.

Строение нашей планеты сегодня хорошо известно по сейсмическим данным и анализу собственных колебаний Земли, а состав ее верхних оболочек (земной коры, гидросферы и атмосферы) – по геологическим данным и прямым измерениям. Наши сведения о составе мантии Земли менее определенные, но все-таки по совокупности всех геологических и геофизических данных о строении и составе этой земной оболочки можно судить достаточно уверенно. О составе земного ядра можно высказывать лишь более или менее обоснованные гипотезы.

земная кора (внешняя оболочка), толщина которой изменяется от нескольких километров (в океанических областях) до нескольких десятков километров (в горных районах материков). Сфера земной коры очень небольшая, на ее долю приходится всего около 0,5% общей массы планеты. Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. В составе континентальной коры, содержащей под осадочным слоем верхний (гранитный) и нижний (базальтовый), встречаются наиболее древние породы Земли, возраст которых оценивается более чем в 3 млрд. лет. Океаническая же кора под осадочным слоем содержит в основном один слой, близкий по составу к базальтовым. Возраст осадочного чехла не превышает 100-150 миллионов лет.

На долю Мантии приходится около 67% общей массы планеты. Твердый слой верхней мантии, распространяющийся до различных глубин под океанами и континентами, совместно с земной корой называют литосферой - самой жесткой оболочкой Земли. Под ней отмечен слой, где наблюдается некоторое уменьшение скорости распространения сейсмических волн, что говорит о своеобразном состоянии вещества. Этот слой, менее вязкий и более пластичный по отношению к выше и ниже лежащим слоям, называют астеносферой.

Земное ядро открыто в 1936 году. Земное ядро разделяется на 2 отдельные области: жидкую (внешнее ядро) и твердую (внутреннее), переход между ними лежит на глубине 5156 км. Железо - элемент, который соответствует сейсмическим свойствам ядра и обильно распространен во Вселенной, чтобы представить в ядре планеты приблизительно 35% ее массы. По современным данным, внешнее ядро представляет собой вращающиеся потоки расплавленного железа и никеля, хорошо проводящие электричество.

Земная кора представляет собой верхнюю часть литосферы и подстилается литосферной мантией. Кора сложена магматическими, осадочными и образовавшимися за счет тех и других метаморфическими породами. Соотношение исходных магматических и осадочных пород, по Кларку, 95:5. Осадочные породы, в свою очередь, состоят из (%): сланцев - 4, песчаников - 0,75, известняков - 0,25

По строению выделяется кора двух типов – океаническая и континентальная, причем последняя делится на два подтипа:

1. Крупные устойчивые платформы с дорифейским кристаллическим основанием и докембрийские кратоны, составляющие около 70% площади континентов. В их строении выделяются слабо деформированный чехол или осадочная оболочка и кристаллический фундамент, обнажающийся на приподнятых щитах.

2. Протяженные орогенические или складчатые пояса позднего докембрия и фанерозоя, имеющие значительно более сложное строение. По современным представлениям, эти складчатые пояса имеют аккреционное происхождение и представляют собой агломерат фрагментов породных ассоциаций древних океанов, островных дуг, микроконтинентов и т.д.

 

Верхняя каменная оболочка Земли — земная кора — сложена различными по составу и происхождению горными породами. Любая горная порода представляет собой определенное сочетание минералов, являющихся, в свою очередь, химическими элементами или их природными соединениями. По данным современной геохимии, в земной коре установлено 93 химических элемента. Большинство из них являются сложными, то есть представлены смесью различных изотопов. Лишь 22 химических (например, натрий, марганец, фтор, фосфор, золото) не имеют изотопов и поэтому называются простыми. Распределены химические элементы в земной коре крайне неравномерно.Химический состав земной коры изменяется в течение геологического времени, причем эта эволюция продолжается по сей день. Основными причинами изменения химического состава являются:

• процессы радиоактивного распада, приводящие к самопроизвольному превращению одних химических элементов в другие, более устойчивые в условиях земной коры. Согласно расчетам В. И. Вернадского, в современную эпоху только за счет ядерных превращений ежегодно обновляют свой химический состав 10в-101Н т вещества земной коры;

• поступление метеорного вещества в виде метеоритов и космической пыли (16 тыс. т. ежегодно);

• продолжающиеся процессы дифференциации вещества Земли,приводящие к миграции химических элементов из одной гео­сферы в другую.

12. Понятие о минералах. Классификации минералов. Важнейшие породообразующие минералы. Главнейшие горные породы и их разделение по условиям образования: магматические, осадочные и метаморфические. Минералы и горные породы как полезные ископаемые.

Минералами (от греч. «минера» — руда) называют однородные по составу и внутреннему строению природные вещества (химические соединения или отдельные элементы), образовавшиеся в результате процессов, происходящих в недрах земной коры и на ее поверхности.

В настоящее время установлено около 3500 минеральных видов. Однако лишь несколько десятков минералов (около 70) пользуются широким распространением. Они входят в состав горных пород и руд и называются породообразующими. Абсолютное большинство минералов являются твердыми кристаллическими телами, и только незначительное их число встречается в земной коре в твердом аморфном (опал, лимонит), жидком (вода, ртуть) или газообразном (углекислый газ, сероводород) состоянии.

Современная классификация минералов основывается на кристаллохимических принципах. Наиболее крупные единицы классификации — тины и классы — выделяются по химическому принципу, а именно типу химического соединения, характеру кислотного остатка. Более мелкие единицы классификации — подклассы, группы — выделяются по особенностям строения кристаллических решеток минералов, то есть по структурному принципу.

Роль различных минералов в составе земной коры неодинакова.

Наиболее часто встречаются минералы, в состав которых входят наиболее распространенные химические элементы — кислород, кремний и алюминий. Поэтому весовое содержание в земной коре кислородосодержащих минералов достигает 98 %, из них около 75 % приходится на силикаты и алюмосиликаты.

 

Большое число минералов имеет важное практическое значение.

Минералы могут использоваться, во-первых, для извлечения из них ценных компонентов, такие минералы называются рудными (халько­пирит, галенит, сфалерит, магнетит, апатит и др.); во-вторых, непосредственно в виде минералов благодаря их определенным полезным свойствам (драгоценные камни, асбест, мусковит, исландский шпат); наконец, многие минералы образуют горные породы, которые, в свою очередь, часто находят практическое применение.

К этому типу принадлежат минералы, состоящие из одного химического элемента. Среди них выделяются самородные металлы (золото, серебро, платина и металлы ее группы), полуметаллы (висмут, мышьяк, сурьма) и самородные неметаллы (сера и графит), которые наиболее распространены. Общее весовое содержание самородных элементов в земной коре невелико и не превышает 0,1 %. К собственно породообразующим в этой группе минералов можно отнести только графит, однако практическое значение большинства из них достаточно велико.

 

Горными породами называются естественные ассоциации минералов, образовавшиеся па поверхности или под поверхностью Земли в результате различных эндогенных или экзогенных процессов. По происхождению все горные породы подразделяются на магматические, осадочные и метаморфические. Магматические горные породы образуются при охлаждении и затвердевании магматического расплава на разных глубинах или на поверхности Земли. Осадочные горные породы формируются в результате разрушения любых по происхождению пород (осадочных, магматических или метаморфических), переотложепия продуктов разрушения на поверхности Земли (в морях, океанах, на суше и т. д.) и последующего преобразования — диагенеза. Метаморфические горные породы возникают па разных глубинах при воздействии на них высоких температур и давлений, а также газов и флюидов. горная порода имеет определенный вещественный состав, обладает специфическим строением и образует в земной коре определенное объемное тело, то есть свою форму залегания (пласт, линза, массив и др.).

 

Магматические горные породы образуются в результате затвердевания магмы па глубине или па земной поверхности при вулканических извержениях. Магматические породы также называют изверженными.

По содержанию кремнезема (окисла Si02) магматические породы

подразделяются па четыре группы:

• кислые, Si0 2 = 64-78 %,

• средние, Si0 2 = 53-64 %,

• основные, Si0 2 = 44-53 %,

• ультраосновные, SiO, 2 = 30-44 %.

Осадочная горная порода — это порода, существующая в термодинамических и физико-химических условиях, характерных для поверхностной части земной коры, и образующаяся в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности организмов или всех трех процессов одновременно.

Метаморфические породы образуются в результате структурно-текстурных и минеральных, а иногда и химических преобразований ранее существовавших пород (осадочных, магматических и метаморфических) в связи с изменением физико-химических условий под воздействием разнообразных эндогенных процессов.

Горные породы прочно вошли в практическую деятельность человека с глубокой древности — с момента, когда он научился обтесывать камень для примитивного орудия или для постройки жилища.

На протяжении веков человек открывал все новые и новые ценные свойства природного камня. Прежде всего это коснулось самых распространенных типов горных пород — глины, песка и податливых на обработку известняка и туфа, которые постепенно стали основой строительства.

Новые строительные материалы, используемые ныне, — стекло, цемент, бетон, строительная керамика — это также переработанные горные породы: кварцевые пески, кварциты, пегматиты, глины, известняки, мергель, гравий и т.д. Украшением фасадов зданий и их внутренних помещений служит облицовка из полированного гранита, габбро, лабрадорита, мрамора, кварцита.

Такие горные породы, как нефть, уголь, торф, горючие сланцы, представляют собой основу топливно-энергетических ресурсов человечества.

Горными породами являются и некоторые руды черной и цветной металлургии (железистые кварциты, медистые песчаники, бокситы и др.). В металлургии широко применяются известняки и доломиты, огнеупорные глины, магнезиты, форстеритовые породы и кварциты.