Большая часть наших знаний о строении Земли получена из изучения землетрясений. Каждое землетрясение посылает волны во всех направлениях, подобно тому, как если бросить камень в озеро, волны пойдут по воде. Эти волны землетрясений называются сейсмическими волнами. Наблюдение за этими сейсмическими волнами, когда они проходят через землю, дает ученым представление о различных материалах, через которые проходят волны.
Существует два типа сейсмических волн: S-волны и P-волны. Эти волны ведут себя по-разному, когда проходят через разные типы материалов. Точно так же звуковая волна ведет себя иначе, когда проходит через воду, а не через воздух; сейсмические волны ведут себя по-разному, когда проходят через разные фазы вещества. Ученым известно, что P-волны проходят через все типы материалов, а S-волны не проходят через жидкости.
Земля состоит из нескольких слоев. Каждый слой имеет свои характерные свойства. Ученые думают о слоях Земли двояко — с точки зрения химического состава и с точки зрения физических свойств.
По химическому составу Землю можно разделить на три внешних от центра Земли слоя: ядро, мантию и кору.
Самый внешний твердый слой Земли называется земной корой. Он лежит над мантией и представляет собой твердую внешнюю оболочку Земли. Кора – это поверхность, на которой мы живем.
Кора составляет 0-32 км (0-19,8 миль). По отношению к другим слоям кора является наиболее тонким и наименее плотным слоем. Он плавает на более мягкой и плотной мантии. Кора состоит из твердой породы, но эти породы не одинаковы во всем мире.
Различают два основных типа корки:
Океаническая кора представляет собой тонкий слой (около 5 км), находящийся под океанами. Несмотря на то, что она относительно тонкая, это самый плотный тип коры, состоящий из метаморфической породы, называемой базальтом.
Континентальная кора образует континенты и покоится поверх океанической коры. По сравнению с океанической корой, континентальная кора более мощная (30 км). Континентальная кора состоит из менее плотных горных пород, таких как гранит. Хотя континентальная кора менее плотная, она намного толще океанической коры, поскольку состоит из горных пород, из которых состоят континенты.
Поскольку земля внутри очень горячая, поток тепла течет от ядра к земной коре. Это называется конвекционным током. Этот поток остывает по мере того, как поднимается ближе к поверхности земли. Этот конвекционный поток вдоль дна земной коры вызывает движение тектонических плит. Постоянное движение плит называется тектоникой плит. Движение этих плит очень медленное, но когда они сталкиваются друг с другом, это вызывает землетрясение. Сочетание конвекционных потоков из мантии и влияния атмосферы делает кору примерно 0-1598 ° F от поверхности до дна коры. Земная кора и атмосфера являются самыми холодными слоями Земли.
Кора имеет хрупкий характер. Почти 1% объема Земли и 0,5% земной массы состоит из земной коры. Основными составляющими элементами земной коры являются кремнезем (Si) и алюминий (Al) , поэтому его часто называют SIAL.
Разрыв между гидросферой и земной корой называется разрывом Конрада.
Слой под корой и над ядром называется мантией. Его толщина составляет около 2900 км. Почти 84% объема Земли и 67% массы Земли занимает мантия. Мантия имеет среднюю плотность 4,5 г/см 3 . Плотность увеличивается с глубиной, потому что давление увеличивается.
Разрыв между корой и мантией называется разрывом Мохоровича или разрывом Мохо.
Мантия в основном состоит из твердых пород, состоящих из кремния и магния, поэтому ее называют SIMA. Глубоко в мантии породы состоят из магния и железа. Другая причина того, что мантия уплотняется с глубиной, заключается в том, что породы на этом уровне содержат железо, а железо более плотное, чем материалы в верхних слоях мантии.
Мантия Земли имеет разную температуру на разных глубинах. Температура мантии увеличивается с глубиной. Она колеблется в пределах 1598-3992°F. Самые высокие температуры возникают там, где материал мантии соприкасается с выделяющим тепло ядром. Мантия сохраняет много тепла, которое циркулирует по всей мантии в пространствах, называемых конвективными ячейками. Движение тепла может вызвать сдвиг плит морского дна и континентов. За миллионы лет земные плиты могут довольно сильно двигаться. Когда эти сдвиги происходят быстро, мы испытываем землетрясения.
Это устойчивое повышение температуры с глубиной известно как геотермический градиент. Геотермический градиент отвечает за различное поведение горных пород. Различное поведение горных пород используется для разделения мантии на две разные зоны. Породы верхней мантии холодные и хрупкие, а породы нижней мантии горячие и мягкие, но не расплавленные. Горные породы в верхней мантии достаточно хрупкие, чтобы разрушаться под нагрузкой и вызывать землетрясения. Однако породы в нижней мантии мягкие и под действием сил текут, а не разрушаются.
Самая верхняя твердая часть мантии и вся кора составляют литосферу.
Астеносфера (между 80-200 км) представляет собой очень вязкую, механически слабую и пластичную, деформирующуюся область верхней мантии, которая находится непосредственно под литосферой. Астеносфера является основным источником магмы и представляет собой слой, по которому перемещаются литосферные плиты/континентальные плиты (тектоника плит).
Разрыв между верхней и нижней мантией известен как разрыв Репетти.
Часть мантии, которая находится чуть ниже литосферы и астеносферы, но выше ядра, называется мезосферой.
Внутренняя часть Земли является ядром. Эта часть Земли находится примерно на 2900 км ниже поверхности Земли. Ядро отделено от мантии разрывом Гуттенберга.
Ядро состоит в основном из железа (Fe) и никеля (Ni), поэтому его также называют NIFE . Ядро составляет почти 15% объема Земли и 32,5% массы Земли. Это самый плотный слой Земли с плотностью от 9,5 до 14,5 г/см 3 .
Наблюдая за скоростями P-волн и S-волн, ученые пришли к выводу, что земной центр разделен на два слоя – внешнее ядро и внутреннее ядро.
Внешнее ядро представляет собой жидкость, потому что температура достаточно высока, чтобы расплавить железо и никель. Внешнее ядро начинается примерно на 2900 км ниже поверхности и имеет толщину около 2300 км. Поскольку Земля вращается, внешнее ядро вращается вокруг внутреннего ядра, и это вызывает магнетизм Земли. Магнетизм использовался моряками, чтобы найти свой путь на Земле в течение тысяч и тысяч лет. Магнетизм также влияет на частицы за пределами атмосферы Земли на расстоянии более 60 000 км в космос. Температура внешнего ядра составляет около 3992-9032 °F. Плотность внешнего ядра составляет от 10 г/см3 до 12,3 г/ см3 .
Внутреннее ядро находится на глубине 5150 километров (3200 миль) ниже поверхности земли. Чтобы добраться до центра, все равно придется проехать еще около 1300 километров (808 миль). Температура во внутреннем ядре составляет около 5000–6000 °C (9032–10832 °F). Он сделан из тех же материалов, что и внешнее ядро, но из-за высокого давления внутреннее ядро твердое. Здесь огромное давление, создаваемое весом вышележащих горных пород, достаточно велико, чтобы плотно сжать атомы вместе и предотвратить переход в жидкое состояние. Это высокое давление и плотные металлы в ядре делают его плотность 13 г/см 3 .
Разрыв между верхним ядром и нижним ядром называется разрывом Лемана.
Земля также делится на слои в зависимости от физических свойств, например, является ли слой твердым или жидким.
Пять физических слоев — это литосфера, астеносфера, мезосфера, внешнее ядро и внутреннее ядро.
1. Литосфера . Самый внешний слой твердой породы, обнаруженный на поверхности Земли, называется литосферой. Она включает в себя как кору, так и твердую, самую верхнюю часть мантии. Он относительно менее плотный, чем другие физические слои Земли. Литосфера делится на части, называемые тектоническими плитами.
2. Астеносфера. Астеносфера находится ниже литосферы и представляет собой слой слабой или мягкой мантии, состоящей из твердой породы, которая движется очень медленно. Он расположен ниже литосферы. Тектонические плиты движутся поверх астеносферы.
3. Мезосфера . Прочная нижняя часть мантии называется мезосферой. Порода в мезосфере течет медленнее, чем порода в астеносфере. Мезосфера намного плотнее астеносферы.
4. Внешнее ядро . Внешнее ядро представляет собой жидкий слой ядра Земли. Внешнее ядро находится под мантией и окружает внутреннее ядро.
5. Внутреннее ядро . Внутреннее ядро – это твердый, плотный центр нашей планеты. Внутреннее ядро простирается от нижней части внешнего ядра до центра Земли.
Литосфера и астеносфера — это не то же самое, что земная кора и мантия. Кора и мантия являются композиционными слоями Земли. Литосфера и астеносфера являются физическими слоями. Литосфера включает земную кору и твердую внешнюю часть мантии. Кора тоньше литосферы и содержит каменный материал, богатый кремнеземом, и гораздо менее плотный, чем каменный материал в других слоях Земли. Астеносфера представляет собой полутвердую прослойку между твердой литосферой и мезосферой.
Астеносфера не является жидкостью. Каменный материал, из которого состоит астеносфера, пластичен, а это означает, что его можно медленно растягивать. Астеносфера пластична из-за сильного тепла недр Земли. По мере нагревания каменного материала в нижней части астеносферы он медленно поднимается. Поднимаясь, он начинает остывать и снова тонет. Таким образом, каменное вещество в астеносфере циркулирует в огромных конвективных ячейках. Эти конвекционные ячейки вызывают движение тектонических плит. Литосферные плиты, опирающиеся на астеносферу, увлекаются по мере медленного течения астеносферы. Движение литосферных плит вызывает землетрясения и извержения вулканов.
