Жер планетасынын ички түзүлүшү
Жер көп учурда үстүртөн караганда "жөнөкөй" көрүнөт: континенттер, океандар, тоо кыркалары жана атмосфера. Бирок, биздин бутубуздун астында миллиарддаган жылдар бою геологиялык процесстердин таасири астында катмарланып, тынымсыз өзгөрүп турган укмуштуудай татаал ички түзүлүш жатат. Жердин ички түзүлүшүн түшүнүү геология илими үчүн гана эмес, жер титирөөлөрдүн эмне үчүн болорун, жанар тоолордун кантип пайда болорун, континенттердин кантип кыймылдаарын жана Жердин эмне үчүн жашоону зыяндуу радиациядан коргогон магнит талаасы бар экенин түшүндүрүү үчүн да абдан маанилүү.
Жалпысынан алганда, Жердин ички түзүлүшү үч негизги катмарга бөлүнөт: жер кыртышы, мантия жана ядро. Бул бөлүнүү тектердин химиялык курамына жана физикалык касиеттерине негизделген. Окумуштуулар ошондой эле катмарларды материалдардын механикалык жүрүм-турумуна, мисалы, катуу литосферага жана пластикалык астеносферага негиздеп айырмалашат. Жердин ички түзүлүшү жөнүндө маалымат ар кандай ыкмалар, негизинен жер титирөөлөрдөн сейсмикалык толкундарды талдоо, жогорку басымдагы лабораториялык эксперименттер жана гравитациялык жана магниттик талааларды байкоо аркылуу алынат.
1. Жер кыртышы: жука, бирок динамикалуу сырткы катмар
Жер кабыгы – бул биз жашаган Жердин эң сырткы катмары. Жердин жалпы көлөмүнө салыштырмалуу, жер кабыгы өтө жука – алманын кабыгындай. Жер кабыгынын калыңдыгы ар кандай: океандык жер кабыгы орточо эсеп менен 5–10 км, ал эми континенталдык жер кабыгы жалпысынан 30–70 км жана Гималай сыяктуу чоң тоо кыркаларынын астында калыңыраак болушу мүмкүн.
Океандык жер кыртышы негизинен темир менен магнийге бай базальт тектеринен турат жана тыгызыраак. Континенталдык жер кыртышы "жеңил" болот, анткени анын курамында кремний жана алюминийге бай гранит тектери көбүрөөк. Курамындагы жана тыгыздыгындагы бул айырмачылык плиталардын тектоникасында маанилүү: тыгызыраак океандык жер кыртышы континенттик жер кыртышына караганда оңой эле чөгүп кетет (ылдый карай жылмышат).
Жер кабыгы жука болгону менен, биз эң оңой байкай турган бөлүгү. Аба ырайынын өзгөрүшү, эрозия, чөкмөлөр жана тектоникалык активдүүлүк жер кабыгын тынымсыз өзгөртүп турат. Жер кабыгы ошондой эле Жердин геологиялык тарыхын фоссилдер, чөкмө катмарлар жана тек структуралары түрүндө сактап калат.
2. Литосфера жана астеносфера: плиталардын кыймылынын механикалык негизи
Жер кабыгынын астында механикалык касиеттерге негизделген бөлүү абдан пайдалуу болот. Жер кабыгы мантиянын эң үстүнкү бөлүгү менен бирге литосфераны — тектоникалык плиталарга "бөлүнгөн" катуу катмарды түзөт. Бул литосфера астеносферанын үстүнөн жай жылат.
Астеносфера болжол менен 100–350 км тереңдикте жайгашкан (жайгашкан жерине жараша өзгөрөт). Ал катуу бойдон калса да, астеносферадагы тектер жогорку температура жана белгилүү бир басым шарттарынан улам геологиялык убакыт шкаласында өтө жай агып кетиши мүмкүн. Бул жай агым тектоникалык плиталардын жылышына, кагылышуусуна, ажырашына же бири-биринен жылмышып өтүшүнө мүмкүндүк берет. Натыйжалары жер бетинде тоолордун, океандык чуңкурлардын, ортоңку океан кырка тоолорунун жана жер титирөөлөрдүн пайда болушу катары көрүнүп турат.
3. Жердин мантиясы: эң чоң катмар, геодинамиканын негизги кыймылдаткычы
Мантия - жер кыртышынын түбүнөн болжол менен 2.900 км тереңдикке чейин созулган эң калың катмар. Мантия Жердин көлөмүнүн көпчүлүк бөлүгүн түзөт жана жылуулук конвекциясы аркылуу көптөгөн геологиялык процесстерди жөнгө салуучу "кыймылдаткыч" катары кызмат кылат. Мантия негизинен перидотит сыяктуу магний жана темирге бай силикат минералдарынан турат. Көбүнчө суюк деп элестетилсе да, мантиянын көпчүлүк бөлүгү катуу абалда болот. Бирок, бул катуу заттар пластикалык деформацияга дуушар болуп, жай агып кетиши мүмкүн.
Мантия жогорку жана төмөнкү мантияга бөлүнөт. Жогорку мантия астеносфераны жана өткөөл зонаны камтыйт; ал эми төмөнкү мантия тереңирээк жана жогорку басымга жана илешкектүүлүккө ээ.
а. Өткөөл зона: маанилүү минералогиялык чек ара
410 кмден 660 кмге чейинки тереңдикте минералдар жогорку басымдан улам кристаллдык түзүлүшүн өзгөрткөн өткөөл зона бар. Минерал фазасынын мындай өзгөрүшү сейсмикалык толкундардын ылдамдыгына таасир этет, бул зонаны сейсмологиялык маалыматтар аркылуу аныктоого мүмкүндүк берет. Өткөөл зона көбүнчө мантия материалынын өйдө же ылдый кыймылына таасир этүүчү "чек" катары каралат.
б. Мантия конвекциясы жана плиталардын тектоникасы
Жердин ички жылуулугу калдык жылуулуктан келип чыгат планетанын пайда болушу жана радиоактивдүү элементтердин ажыроосу. Бул жылуулук мантиядагы конвекция агымдарын кыймылдатат: ысык материал көтөрүлүүгө жакын, ал эми муздак материал чөгөт. Бул конвекция узак мөөнөттүү тектоникалык плиталардын кыймылынын негизги кыймылдаткычы болуп саналат. Айрым жерлерде ысык материал Гавайи сыяктуу ысык чекиттеги жанар тоолор сыяктуу ири жанар тоо активдүүлүгүнө алып келиши мүмкүн болгон мантия түтүндөрүн пайда кылуу үчүн көтөрүлөт.
4. Жердин өзөгү: магнит талаасынын булагы жана анын ички динамикасынын сырлары
Мантиянын астында Жердин ядросу жайгашкан, ал сырткы жана ички ядрого бөлүнөт. Ядронун жалпы калыңдыгы мантия менен ядронун чегинен Жердин борборуна чейин болжол менен 3.480 кмди түзөт. Ядро чындыгында планетанын "жүрөгү" болуп саналат жана курамы жана физикалык жүрүм-туруму боюнча анын үстүндөгү катмарлардан абдан айырмаланат.
а. Сырткы ядро: суюк темир-никель геодинамо генератор
Сырткы ядро болжол менен 2.900–5.150 км тереңдикте жайгашкан жана суюк абалда. Анын курамында темир жана никель басымдуулук кылат, ал эми анын тыгыздыгына жана эрүү температурасына таасир этүүчү жеңил элементтердин (мисалы, күкүрт, кычкылтек же кремний) аз өлчөмдө болушу мүмкүн. Ал суюк жана өткөргүч болгондуктан, сырткы ядро күчтүү конвекциялык агымдарга дуушар болот.
Жердин айлануусунун таасири астында сырткы ядродогу өткөргүч суюктуктардын кыймылы геодинамика деп аталган механизм аркылуу Жердин магнит талаасын пайда кылат . Бул магнит талаасы заряддалган бөлүкчөлөрдү Күндөн алыстатууга жардам берген магнитосфераны түзөт, ошону менен атмосфераны жана тирүү жандыктарды коргойт. Сырткы ядронун агымындагы өзгөрүүлөр магнит талаасынын өзгөрүшү менен да байланыштуу, анын ичинде геологиялык убакыт шкалаларында магнит уюлдарынын тескери бурулушу кубулушу да бар.
б. Ички ядро: Жердин тыгыз, өтө ысык борбору
Ички ядро Жердин борборунан болжол менен 5.150 км тереңдикте (6.371 км) жайгашкан жана катуу абалда. Анын температурасы өтө жогору (миңдеген градус Цельсий) деп эсептелгени менен, өтө жогорку басым темир-никель материалын катуу кармап турат. Жер муздаган сайын, темир материалы сырткы ядродон катууланган сайын, ички ядро жай өсө берет деп эсептелет.
Ички ядронун өсүшү жашыруун жылуулукту бөлүп чыгарат жана ошондой эле сырткы ядронун курамын өзгөртө алат (анткени айрым элементтер суюк фазада калууну артык көрүшөт). Бул процесс сырткы ядродогу конвекцияны сактоого жардам берет, ошону менен магнит талаасынын узак мөөнөттүү туруктуулугуна өбөлгө түзөт.
5. Окумуштуулар Жердин ички дүйнөсүн кантип «көрүшөт»?
Жердин борборуна чейин бургулай албагандыктан (адамдын эң терең бургулоочу скважинасы бир нече ондогон километрди гана түзөт), илим кыйыр ыкмаларга таянат:
1. Сейсмология: Жер титирөөлөрдөн пайда болгон P (баштапкы) толкундар жана S (экинчи) толкундар Жер аркылуу материалдын тыгыздыгына жана абалына жараша ар кандай ылдамдыкта тарайт. S толкундары суюктуктар аркылуу өтө албайт, андыктан айрым зоналарда S толкундарынын жоктугу сырткы ядронун суюк экенин далилдөөгө жардам берет.
2. Жогорку басымдагы эксперименттер: Окумуштуулар өтө тереңдиктеги материалдардын жүрүм-турумун түшүнүшү үчүн, минералдар мантиянын жана ядронун шарттарын симуляциялоо үчүн атайын түзүлүштөрдө ысытылат жана пресстелет.
3. Тартылуу күчү жана геодезия: Тартылуу талаасындагы өзгөрүүлөр Жердин ички катмарындагы массанын бөлүштүрүлүшүнө ишарат берет.
4. Геомагнетизм: Магнит талаасынын байкоолору сырткы ядронун динамикасын моделдөөгө жардам берет.
6. Корутунду: өз ара байланышкан катмарлуу система
Жердин ички түзүлүшү жөн гана катмарлардын статикалык үймөгү эмес. Жер кыртышы жашоону камтыйт жана геологиялык тарыхты жазып турат, литосфера тектоникалык плиталар катары кыймылдайт, астеносфера ал кыймыл үчүн пластикалык "базаны" камсыз кылат, мантия жер бетинин динамикасын кыймылдаткан жылуулук агымын жөнгө салат, ал эми ядро, айрыкча тышкы ядро, коргоочу магнит талаасын пайда кылат. Бул катмарлардын баары бири-бирине таасир этип, активдүү жана өнүгүп жаткан планетардык системаны түзөт.
Жердин ички түзүлүшүн түшүнүү бизге жаратылыш белгилерин окууга, геологиялык кырсыктарды алдын ала айтууга, ресурстарды табууга жана ал тургай Жерди жашоого ылайыктуу кылган шарттарды баалоого жардам берет. Тынч көрүнгөн бетинин астында Жер геологиялык жактан тирүү планета болуп саналат жана анын ички түзүлүшү ошол динамикалуу жашоонун негизги кыймылдаткыч күчү болуп саналат.
