Билет 1. Происхождение Вселенной. Идеи и доказательства. Эволюция Вселенной (стр. 5 )

Астеносферный слой расположен ближе всего к поверхности под океанами, от 10-20 км до 80-200 км, и глубже, от 80 до 400 км под континентами, причем залегание астеносферы глубже под более древними геологическими структурами. Мощность астеносферного слоя, как и его глубина сильно изменяются в горизонтальном и вертикальном направлениях. В современных геотектонических представлениях астеносферному слою отводится роль своеобразной смазки, по которой могут перемещаться вышележащие слои мантии и коры. Земная кора и часть верхней мантии над астеносферой носит название литосфера. Литосфера холодная, поэтому она жесткая и может выдержать большие нагрузки.

Сведения о коре мы получаем от непосредственного наблюдения пород на поверхности Земли, особенно на щитах древних платформ, из керна глубоких и сверхглубоких скважин, как на суше, так и в океанах; ксенолитов в вулканических породах; драгированием океанского дна и сейсмических исследований, дающих наиболее важную информацию о глубоких горизонтах земной коры.

Океаническая кора обладает 3-х слойным строением (сверху вниз):

1-й слой представлен осадочными породами, в глубоководных котловинах не превышающей в мощности 1 км и до 15 км вблизи континентов. Породы представлены карбонатными, глинистыми и кремнистыми породами. Важно подчеркнуть, что нигде в океанах возраст осадков не превышает 170-180 млн. лет.

2-й слой сложен, в основном, базальтовыми пиллоу (подушечными) лавами, с тонкими прослоями осадочных пород. В нижней части этого слоя располагается своеобразный комплекс параллельных даек базальтового состава, служившим подводящими каналами для подушечных лав.

3-й слой представлен кристаллическими магматическими породами, главным образом, основного состава – габбро и реже ультраосновного, располагающимся в нижней части слоя, глубже которого располагается поверхность М и верхняя мантия. Очень важно подчеркнуть, что кора океанического типа развита не только в океанах и глубоководных впадинах внутренних морей, но встречается также и в складчатых поясах на суше в виде фрагментов пород офиолитовой ассоциации, парагенезис (сонохождение) которых (кремнистые породы – базальтовые лавы – основные и ультраосновные породы).

Континентальная земная кора также имеет 3-х членное строение, но структура ее иная (сверху вниз):

1-й осадочно-вулканогенный слой обладает мощностью от 0 на щитах платформ до 25 км в глубоких впадинах, например, в Прикаспийской. Возраст осадочного слоя колеблется от раннего протерозоя до четвертичного.

2-й слой образован различными метаморфическими породами: кристаллическими сланцами и гнейсами, а также гранитными интрузиями. Мощность слоя изменятся от 15 до 30 км в различных структурах.

3-й слой, образующий нижнюю кору, сложен сильно метаморфизованными породами, в составе которых преобладают основные породы. Поэтому он называется гранулито-базитовым. Поверхность М выражена повсеместно и достаточно четко скачком скоростей сейсмических волн от 7,5 – 7,7 до 7,9 – 8,2 км/с. Верхняя мантия в составе нижней части литосферы сложена ультраосновными породами, в основном, перидотитами, как, впрочем, и астеносфера, характеризующаяся пониженной скоростью сейсмических волн, что интерпретируется как пониженная вязкость и, возможно, плавление до 2-3%.

Билет 9. Магнитное поле Земли, его параметры и возможное образование. Палеомагнитный метод.

400 лет назад У. Гильберт - Земля сама является магнитом. Магнитное поле современной Земли характеризуется: склонением D, наклонением I и напряженностью Н, измеряемой в теслах. Современное магнитное поле Земли лучше всего описывается полем геоцентрического смещенного диполя с наклоном по отношению к оси вращения Земли в 11,5°. Напряженность современного магнитного поля составляет около 0,5 эрстед и считается, что в геологическом прошлом величина напряженности могла колебаться, но максимум на порядок.

Происхождение магнитного поля Земли и по сей день остается загадкой для ученых, хотя существует много гипотез для объяснения этого феномена. То магнитное поле, которое существует, является полем, обусловленным причинами внутренней динамики Земли. Внутреннее строение Земли, изученное с помощью различных сейсмических волн, возникающих от землетрясений и искусственных взрывов и, как уже говорилось выше, характеризуется наличием сферических оболочек, вещество которых имеет разный состав и разные физические свойства. С глубины 2900 км и до центра Земли с точкой 6371 км располагается ядро Земли, внешняя оболочка которого обладает свойствами жидкости, т. к. она не пропускает поперечные сейсмические волны. Внутреннее ядро железо - никелевого состава, как и силикатная мантия, слагаются твердым веществом. Наличие жидкой сферической оболочки внешнего ядра и вращение Земли составляют основу гипотез возникновения магнитного поля, основанных на принципе магнитного гидродинамо.

Само по себе движение проводящей жидкости не приводит к появлению магнитного поля. Чтобы в движущейся проводящей жидкости возник ток, необходимо внешнее магнитное поле. Тогда при определенных конфигурациях движений и соотношениях скорости и потерь, выделяющихся в виде тепла, возможно самоподдерживающееся динамо.

Движения в ядре обусловлены необходимостью передачи тепла изнутри наружу, а магнитное поле есть побочный продукт, вызванный тем, что жидкость оказалась электропроводной. В качестве слабого начального магнитного поля, необходимого для начала генерации, может быть межпланетное магнитное поле Солнца, величина которого на расстоянии земной орбиты (1 А. Е.) примерно 6 нТл. В настоящее время считается, что основным механизмом возбуждения геомагнитного динамо является прецессия земной оси.

Магнитосферой называется внешнее магнитное поле Земли, распространяемое в космическом пространстве более чем на 20 земных диаметров и надежно защищающее планету от космических частиц и солнечного ветра. Магнитные бури – нерегулярные спорадические возмущения магнитосферы, связанные с тем, что возрастает плотность солнечного ветра (вспышки на Солнце), пробивающего магнитосферу, и тогда начинаются быстрые, хаотические колебания всех компонентов магнитного поля.

Магнитные свойства горных пород определяются содержанием и ориентировкой в них минеральных зерен с различными магнитными характеристиками. Все вещества по магнитной восприимчивости подразделяются на: 1) диамагнитные; 2) парамагнитные и 3) ферромагнитные. Первые характеризуются тем, что их атомы не имеют постоянных магнитных моментов и общий магнитный момент атома диамагнетика равен нулю. Атомы вторых уже обладают собственными магнитными моментами, а ферромагнетики характеризуются упорядоченным (параллельным) расположением магнитных моментов в атомах и высокой самостоятельной намагниченностью. Для ферромагнетиков существует уровень температуры, т. н. точка Кюри, выше которой упорядочение магнитных моментов не сохраняется, поэтому лавы вулканов обретают намагниченность только после их остывания ниже точки Кюри. Ферромагнетики в горных породах являются носителями магнитных свойств.

Палеомагнитология – изучает древнее магнитное поле Земли. Это поле запечатлено в остаточной намагниченности горных пород, направление которой параллельно направлению древнего поля, а величина прямо пропорциональна его напряженности. Направление приобретенной намагниченности совпадает с направлением вектора напряженности магнитного поля данного времени в данной точке. В случае осадочных пород приобретенная намагниченность называется ориентационной, в случае изверженных - термоостаточной.

Инверсии магнитного поля - это смена знака осесимметричного диполя. Наличие противоположно намагниченных горных пород является результатом инверсии магнитного поля в данный момент. Магнитостратиграфия - изучает расчленение отложений горных пород на основе их прямой или обращенной намагниченности.

Магнитостратиграфическая шкала является, по существу глобальной шкалой геомагнитной полярности за наблюдаемую часть геологической истории.

Основными результатами палеомагнитных исследований являются:

1. магнитное поле Земли существует три миллиарда лет, и его характеристики всегда были близки к современным, магнитное поле имело дипольный характер;

2. в геологическом прошлом магнитное поле Земли многократно меняло свою полярность, последний раз это произошло около 730 тысяч лет назад; смена полярности происходит одновременно по всей поверхности Земли примерно за 10-50 тысяч лет;

3. установлено, что аномальное магнитное поле Земли обусловлено намагниченными горными породами;

4. координаты палеомагнитных полюсов, определенные по различным тектоническим блокам для одного и того же момента времени в геологическом прошлом, оказались различными, что свидетельствует об относительных перемещениях блоков;

5. на основании количественных данных о положении древних магнитных полюсов построены реконструкции положений блоков земной коры в прошлом;

6. открыты магнитные поля планет: слабые – у Меркурия и Марса, сильные – у Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Билет 10. Тепловое поле Земли.

Температура поверхностей части земной коры почти полностью зависит от солнечного излучения, но суточные и сезонные колебания температуры не проникают глубже первых десятков-сотен метров. Вся история геологического развития Земли связана с выделением или поглощением тепла. Земля – это огромная тепловая машина, работа которой продолжается более 4 млрд. лет, но теплопроводность Земли крайне мала. Поэтому тепло, передаваемое от ядра через мантию и кору, может ещё даже не достигнуть земной поверхности. Не вся солнечная энергия достигает поверхности Земли, треть её рассеивается за счёт отражения атмосферой.

Глубинные источники тепла. Наиболее важными процессами, генерирующими тепло в недрах Земли, являются 1) процесс гравитационной дифференциации, благодаря которому Земля оказалась разделённой на несколько оболочек; 2) распад радиоактивных элементов; 3) приливное взаимодействие Земли и Луны. Значение остальных источников настолько мало, что ими можно пренебречь.

Разогрев Земли на ранних стадиях её формирования осуществлялся за счёт выделения тепла при соударениях планетеземалей в период аккреции и за счёт ударов метеоритов с 4,2 до 3,9 млрд лет назад.