Երկիր մոլորակի ներքին կառուցվածքը

Երկիր մոլորակի ներքին կառուցվածքը

Երկիրը հաճախ մակերեսից թվում է «պարզ». մայրցամաքներ, օվկիանոսներ, լեռնաշղթաներ և մթնոլորտ։ Սակայն մեր ոտքերի տակ թաքնված է զարմանալիորեն բարդ ներքին կառուցվածք, որը շերտավորված է և միլիարդավոր տարիների ընթացքում անընդհատ փոփոխվում է երկրաբանական գործընթացների հետևանքով։ Երկրի ներքին կառուցվածքի հասկացողությունը կարևոր է ոչ միայն երկրաբանության, այլև երկրաշարժերի առաջացման, հրաբուխների առաջացման, մայրցամաքների շարժման և մագնիսական դաշտի բացատրության համար։

Ընդհանուր առմամբ, Երկրի ներքին կառուցվածքը բաժանված է երեք հիմնական շերտերի՝ կեղև, մանտիա և միջուկ: Այս բաժանումը հիմնված է ապարների քիմիական կազմի և ֆիզիկական հատկությունների վրա: Գիտնականները նաև տարբերակում են շերտերը՝ հիմնվելով նյութերի մեխանիկական վարքագծի վրա, ինչպիսիք են կոշտ լիթոսֆերան և ավելի պլաստիկ ասթենոսֆերան: Երկրի ներքին կառուցվածքի մասին տեղեկատվությունը ստացվում է տարբեր մեթոդներով, հիմնականում՝ երկրաշարժերից առաջացող սեյսմիկ ալիքների վերլուծությամբ, բարձր ճնշման լաբորատոր փորձերով և ձգողականության ու մագնիսական դաշտերի դիտարկումներով:

1. Երկրի կեղև. բարակ, բայց դինամիկ արտաքին շերտը

Կեղևը Երկրի արտաքին շերտն է, այն շերտը, որի վրա մենք ապրում ենք։ Երկրի ընդհանուր չափերի համեմատ, կեղևը շատ բարակ է՝ ինչպես խնձորի կեղևը։ Կեղևի հաստությունը տատանվում է. օվկիանոսային կեղևը միջինում կազմում է մոտ 5-10 կմ, մինչդեռ մայրցամաքային կեղևը սովորաբար կազմում է 30-70 կմ և կարող է ավելի հաստ լինել մեծ լեռնաշղթաների, ինչպիսիք են Հիմալայները, տակ։

Օվկիանոսային կեղևը հիմնականում կազմված է երկաթով և մագնեզիումով հարուստ բազալտային ապարներից և ավելի խիտ է։ Մայրցամաքային կեղևը հակված է «ավելի թեթև» լինելու, քանի որ այն պարունակում է ավելի շատ գրանիտային ապարներ, որոնք հարուստ են սիլիցիումով և ալյումինով։ Կազմի և խտության այս տարբերությունը կարևոր է սալերի տեկտոնիկայում. ավելի խիտ օվկիանոսային կեղևն ավելի հեշտությամբ է սուբդուկցվում (սահում ներքև), քան մայրցամաքային կեղևը։

Չնայած բարակ լինելուն, կեղևը այն մասն է, որը մենք կարող ենք ամենահեշտությամբ դիտարկել: Հողմահարումը, էրոզիան, նստվածքագոյացումը և տեկտոնական ակտիվությունը անընդհատ վերաձևավորում են կեղևը: Կեղևը նաև պահպանում է Երկրի երկրաբանական պատմությունը բրածոների, նստվածքային շերտերի և ապարային կառուցվածքների տեսքով:

2. Լիթոսֆերա և ասթենոսֆերա. թիթեղների շարժման մեխանիկական հիմքը

Երկրակեղևի տակ մեխանիկական հատկությունների վրա հիմնված բաժանումը շատ օգտակար է դառնում: Երկրակեղևը, մանտիայի վերին մասի հետ միասին, կազմում է լիթոսֆերան՝ կոշտ շերտ, որը «բաժանված» է տեկտոնական թիթեղների: Այս լիթոսֆերան դանդաղորեն շարժվում է ավելի պլաստիկ շերտի՝ ասթենոսֆերայի վրայով:

Ասթենոսֆերան գտնվում է մոտավորապես 100-350 կմ խորության վրա (տարբերվում է տեղանքից կախված): Չնայած այն մնում է պինդ, ասթենոսֆերայի ապարները կարող են շատ դանդաղ հոսել երկրաբանական ժամանակային մասշտաբների ընթացքում՝ բարձր ջերմաստիճանների և ճնշման հատուկ պայմանների պատճառով: Այս դանդաղ հոսքը թույլ է տալիս տեկտոնական սալերին շարժվել, բախվել, հեռանալ կամ սահել միմյանց կողքով: Արդյունքները տեսանելի են մակերեսին՝ լեռների, օվկիանոսային խրամատների, միջին օվկիանոսային լեռնաշղթաների և երկրաշարժերի տեսքով:

3. Երկրի մանտիան. ամենամեծ շերտը, գեոդինամիկայի գլխավոր շարժիչը

Մանտիան ամենահաստ շերտն է, որը տարածվում է երկրակեղևի հիմքից մինչև մոտ 2.900 կմ խորություն: Մանտիան կազմում է Երկրի ծավալի մեծ մասը և գործում է որպես «շարժիչ», որը կարգավորում է բազմաթիվ երկրաբանական գործընթացներ ջերմային կոնվեկցիայի միջոցով: Մանտիան հիմնականում կազմված է մագնեզիումով և երկաթով հարուստ սիլիկատային միներալներից, ինչպիսին է պերիդոտիտը: Չնայած հաճախ պատկերացվում է որպես հեղուկ, մանտիայի մեծ մասը պինդ է: Այնուամենայնիվ, այս պինդ մարմինները կարող են ենթարկվել պլաստիկ դեֆորմացիայի և դանդաղ հոսել:

Մանտիան բաժանված է վերին և ստորին մանտիայի։ Վերին մանտիան ներառում է ասթենոսֆերան և անցումային գոտին, մինչդեռ ստորին մանտիան ավելի խորն է և ունի ավելի բարձր ճնշում և մածուցիկություն։

ա. Անցումային գոտի. կարևոր հանքաբանական սահման
410 կմ-ից մինչև 660 կմ խորություններում կա անցումային գոտի, որտեղ հանքանյութերը փոխում են իրենց բյուրեղային կառուցվածքը բարձր ճնշման պատճառով: Հանքանյութերի փուլի այս փոփոխությունը ազդում է սեյսմիկ ալիքների արագության վրա, ինչը գոտին դարձնում է նույնականացվող սեյսմոլոգիական տվյալների միջոցով: Անցումային գոտին հաճախ դիտվում է որպես «սահման», որը ազդում է մանտիայի նյութի վերև կամ ներքև շարժման վրա:

բ. Մանտիա կոնվեկցիա և թիթեղների տեկտոնիկա
Երկրի ներքին ջերմությունը առաջանում է մոլորակի ձևավորման և ռադիոակտիվ տարրերի քայքայման մնացորդային ջերմությունից: Այս ջերմությունը առաջացնում է կոնվեկցիոն հոսանքներ մանտիայում. ավելի տաք նյութը հակված է բարձրանալ, մինչդեռ ավելի սառը նյութը իջնում ​​է: Այս կոնվեկցիան երկարաժամկետ տեկտոնական սալերի շարժման հիմնական շարժիչ ուժն է: Որոշ տեղերում տաք նյութը բարձրանում է՝ ձևավորելով մանտիայի ամպեր, որոնք կարող են առաջացնել խոշոր հրաբխային ակտիվություն, ինչպիսիք են Հավայան կղզիների նման տաք կետերի հրաբուխները:

4. Երկրի միջուկը. մագնիսական դաշտի աղբյուրը և նրա ներքին դինամիկայի գաղտնիքները

Մանտիայի տակ է գտնվում Երկրի միջուկը, որը բաժանված է արտաքին և ներքին միջուկների: Միջուկի ընդհանուր հաստությունը մոտ 3.480 կմ է մանտիա-միջուկ սահմանից մինչև Երկրի կենտրոնը: Միջուկը իրականում մոլորակի «սիրտն» է և շատ տարբերվում է իր վերևում գտնվող շերտերից՝ թե՛ կազմով, թե՛ ֆիզիկական վարքագծով:

ա. Արտաքին միջուկը՝ հեղուկ երկաթ-նիկելային գեոդինամո գեներատոր
Արտաքին միջուկը գտնվում է մոտավորապես 2.900–5.150 կմ խորության վրա և հեղուկ է։ Դրա կազմը հիմնականում բաղկացած է երկաթից և նիկելից, իսկ ավելի թեթև տարրերի (օրինակ՝ ծծումբ, թթվածին կամ սիլիցիում) փոքր քանակությունները ազդում են դրա խտության և հալման ջերմաստիճանի վրա։ Քանի որ այն հեղուկ է և հաղորդիչ, արտաքին միջուկը ենթարկվում է ուժեղ կոնվեկցիոն հոսանքների։

Արտաքին միջուկում հաղորդիչ հեղուկների շարժումը, որը ազդվում է Երկրի պտույտի ազդեցությամբ, առաջացնում է Երկրի մագնիսական դաշտը՝ գեոդինամո կոչվող մեխանիզմի միջոցով: Այս մագնիսական դաշտը ձևավորում է մագնիսոսֆերան, որը օգնում է շեղել լիցքավորված մասնիկները Արեգակից՝ այդպիսով պաշտպանելով մթնոլորտը և կենդանի օրգանիզմները: Արտաքին միջուկի հոսքի տատանումները նույնպես կապված են մագնիսական դաշտի փոփոխությունների հետ, այդ թվում՝ երկրաբանական ժամանակային մասշտաբների ընթացքում մագնիսական բևեռների շրջադարձերի երևույթի հետ:

բ. Ներքին միջուկ՝ Երկրի խիտ, չափազանց տաք կենտրոնը
Ներքին միջուկը գտնվում է Երկրի կենտրոնից մոտավորապես 5.150 կմ խորության վրա (6.371 կմ) և պինդ է։ Չնայած ջերմաստիճանը գնահատվում է չափազանց բարձր (հազարավոր աստիճան Ցելսիուս), ծայրահեղ ճնշումը երկաթ-նիկելային նյութը պահում է պինդ։ Ենթադրվում է, որ ներքին միջուկը շարունակում է դանդաղ աճել, երբ Երկիրը սառչում է, քանի որ երկաթի նյութը պնդանում է արտաքին միջուկից։

Ներքին միջուկի աճը արտանետում է թաքնված ջերմություն և կարող է նաև փոխել արտաքին միջուկի կազմը (քանի որ որոշակի տարրեր նախընտրում են մնալ հեղուկ փուլում): Այս գործընթացը նպաստում է արտաքին միջուկում կոնվեկցիայի պահպանմանը, այդպիսով նպաստելով մագնիսական դաշտի երկարաժամկետ կայունությանը:

5. Ինչպե՞ս են գիտնականները «տեսնում» Երկրի ներսը։

Քանի որ մենք չենք կարող հորատել մինչև Երկրի կենտրոնը (մարդկային ամենախորը հորատանցքը ընդամենը մի քանի տասնյակ կիլոմետր է), գիտությունը հիմնվում է անուղղակի մոտեցումների վրա.

1. Սեյսմոլոգիա. Երկրաշարժերից առաջացող P (առաջնային) և S (երկրորդային) ալիքները Երկրի միջով անցնում են տարբեր արագություններով՝ կախված նյութի խտությունից և վիճակից: S ալիքները չեն կարող անցնել հեղուկների միջով, ուստի որոշակի գոտիներում S ալիքների բացակայությունը օգնում է ապացուցել, որ արտաքին միջուկը հեղուկ է:
2. Բարձր ճնշման փորձեր. Հանքանյութերը տաքացվում և սեղմվում են հատուկ սարքերում՝ մանտիայի և միջուկի պայմանները մոդելավորելու համար, որպեսզի գիտնականները հասկանան նյութերի վարքագիծը ծայրահեղ խորություններում:
3. Գրավիտացիա և գեոդեզիա. Գրավիտացիոն դաշտի տատանումները հուշում են Երկրի ընդերքում զանգվածի բաշխման մասին։
4. Գեոմագնիսականություն. Մագնիսական դաշտի դիտարկումները օգնում են մոդելավորել արտաքին միջուկի դինամիկան։

6. Եզրակացություն. փոխկապակցված շերտավոր համակարգ

Երկրի ներքին կառուցվածքը ավելին է, քան պարզապես շերտերի ստատիկ կույտ։ Երկիր մոլորակի կեղևը պարունակում է կյանք և գրանցում է երկրաբանական պատմությունը, լիթոսֆերան շարժվում է տեկտոնական սալերի նման, ասթենոսֆերան ապահովում է պլաստիկ «հիմք» այդ շարժման համար, մանտիան կարգավորում է ջերմային հոսքը, որը խթանում է մակերևույթի դինամիկան, իսկ միջուկը, մասնավորապես՝ արտաքին միջուկը, ստեղծում է պաշտպանիչ մագնիսական դաշտ։ Այս բոլոր շերտերը ազդում են միմյանց վրա՝ ձևավորելով ակտիվ և զարգացող մոլորակային համակարգ։

Երկրի ներքին կառուցվածքը հասկանալը մեզ օգնում է կարդալ բնական նշանները, կանխատեսել երկրաբանական վտանգները, գտնել ռեսուրսները և նույնիսկ գնահատել այն պայմանները, որոնք Երկիրը դարձնում են բնակելի։ Իր թվացյալ հանգիստ մակերևույթի տակ Երկիրը երկրաբանորեն կենդանի մոլորակ է, և նրա ներքին կառուցվածքը այդ դինամիկ կյանքի հիմնական շարժիչ ուժն է։