Билет 1. Происхождение Вселенной. Идеи и доказательства. Эволюция Вселенной (стр. 6 )

Что касается плотностной дифференциации вещества Земли, то наиболее существенную роль играет формирования земного ядра, составляющего 1/3 массы планеты, как наиболее плотной части Земли. Источник вещества, связанный с гравитационной или плотностной дифференциацией вещества внутри Земли, функционирует и сейчас, однако трудно оценить его вклад в общий энергетический баланс, но, скорее всего, количество тепла от этого источника превышает тепло, выделившееся в процессе распада радиоактивных элементов.

Ещё один источник тепла – твёрдые приливы, связанные с влиянием на Землю ей спутника – Луны. Притяжение Луны вызывает на Земле приливные вздутия, перемещающиеся по поверхности Земли, и при этом кинетическая энергия в общий тепловой баланс не превышает первых процентов, в прошлом, когда расстояние между Луной и Землёй было гораздо меньшим, он мог быть более значительным.

Важное значение в энергетическом балансе Земли придаётся теплу. Выделяющемуся при распаде радиоактивных элементов. Очевидно, что тепло, связанное с этими факторами, выделялось неравномерно на протяжении истории Земли. На ранних этапах жизни планеты в первые 200 млн лет распались и исчезли короткоживущие изотопы, затем долгоживущих. В ядре планеты радиоактивные элементы, по-видимому, отсутствуют, и большая их часть сосредоточена в земной коре и мантии. Существуют расчёты генерации тепла, связанного с распадом радиоактивных элементов.

Т. о. интенсивность выделения тепла каждым из рассмотренных источников не оставалась постоянной во времени. Земля, как тепловая машина, будет работать ещё сотни миллионов лет и ей не грозит «тепловая смерть» даже в отдалённом будущем.

Глубинное тепловое поле. Неглубоко под земной поверхностью находится слой среднегодовых постоянных температур. Глубже температура начинает увеличиваться, однако скорость возрастания температуры с глубиной в разных местах земного шара неодинакова. Увеличение температуры при погружении на 1 м характеризует величину геотермического градиента. Обратная величина называется геотермической ступенью.

Температура увеличивается неравномерно и в разных районах может различаться более чем в 20 раз. Тепловой поток оценивается количеством тепла, которое поступает снизу на площадь 1м2 за 1 с.

Распределение теплового потока на Земле. В настоящее время проведены тысячи измерений теплового потока. В среднем значения ТП на суше и в пределах океанского дна близки.

Наиболее низкий ТП характеризует древние докембрийские платформы. Чем моложе геологическая структура, тем выше ТП. Для океанов закономерность та же. Однако СОХы имеют аномально высокие значения ТП.

Аномально высокий ТП связан в океанах и с участками т. н. мантийных холмов, или горячих точек. Горячие точки и срединные океанические хребты с рифтами – это места современной высокой активности. Именно здесь происходят наиболее значительные теплопотери.

Билет 11. Строение земной коры и методы ее изучения.

Геологам хорошо известно внутреннее строение Земли, т. к. им на помощь пришел метод, который, как в медицине рентген, позволяет заглянуть в недоступные места планеты. Это - сейсмические волны (“сейсма” - сотрясение, греч.), возникающие в Земле от землетрясений, ядерных и крупных промышленных взрывов, которые пронизывают всю Землю, преломляясь и отражаясь на разных границах смены состояния вещества.

Волна - это распространение некоторой деформации в упругой среде, т. е. изменение объема или формы вещества. При деформации в веществе возникает напряжение, которое стремится вернуть его к первоначальной форме или объему. Известно, что величина напряжения (ε) на величину деформации (τ) называется модулем упругости μ. (μ = τ ε).

Выделяют два типа сейсмических волн: объемные и поверхностные.

-  Объемные волны бывают продольными и поперечными.

1) Продольные волны - это волны сжатия, распространяющиеся в направлении движения волны. Они обозначаются латинской буквой “Р” (primary - первичный, англ.), т. к. у них скорость распространения выше других волн и они первыми приходят на сейсмоприемники.

Скорость продольных волн: Vр = κ μ ρ, где К - объемный модуль упругости или модуль всестороннего сжатия и μ - модуль сдвига, определяемый величиной напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела.

2) Поперечная волна, обозначаемая буквой S (secondary - вторичный, англ.), это волна сдвига, при которой и деформации в веществе происходят поперек направления движения волны.

Скорость поперечных волн: Vs = μ ρ.

Волна S изменяет только форму тела и она, как менее скоростная, приходит на сейсмоприемник позднее волны Р, поэтому и называется “вторичной”. Таким образом, Vp всегда больше Vs.

Также существуют поверхностные волны: в них различают волны Лява и Рэлея.

1)  Лява - колебания осуществляются только в горизонтальной плоскости поперек направления движения волны.

2) Волны Рэлея подобны волнам на воде, в них частицы вещества совершают круговые движения.

Проходя через слои пород разного состава и плотности волны изменяют свою скорость, а регистрируя эти изменения внутри земного шара, можно выделить главные границы.

Внутри Земли устанавливается 3 глобальные сейсмические границы:

-  разделяющие земную кору и мантию (граница Мохо - зона четкого скачка скоростей волн Р и S),

-  мантию и внешнее ядро (граница Гутенберга находится на глубине 2900 км, отделяет мантию Земли от ядра)

-  внешнее и внутреннее ядро.

Ниже поверхности Мохо скорости сейсмических волн увеличиваются, но на некотором уровне, различном по глубине под океанами и континентами, вновь уменьшается. Это Астеносфера - особенности этого слоя объясняются возможным его плавлением в пределах 1-2%, что обеспечивает понижение вязкости и увеличение электропроводности. Плавление проявляется в виде очень тонкой пленки, обволакивающей кристаллы при Т порядка +1200 ° С.

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 (“литос” - камень, греч.). Литосфера холодная, поэтому она жесткая и может выдержать большие нагрузки.

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.

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.

·  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.

Билет 12. Методы изучения глубинного строения Земли.

Геологам хорошо известно внутреннее строение Земли, т. к. им на помощь пришел метод, который, как в медицине рентген, позволяет заглянуть в недоступные места планеты. Это - сейсмические волны (“сейсма” - сотрясение, греч.), возникающие в Земле от землетрясений, ядерных и крупных промышленных взрывов, которые пронизывают всю Землю, преломляясь и отражаясь на разных границах смены состояния вещества.

Сейсмологический метод находится в ряду других геофизических методов, но для целей познания глубин Земли он один из самых важных.

Волна - это распространение некоторой деформации в упругой среде, т. е. изменение объема или формы вещества. При деформации в веществе возникает напряжение, которое стремится вернуть его к первоначальной форме или объему. Известно, что величина напряжения (ε) на величину деформации (τ) называется модулем упругости μ. (μ = τ ε)

Выделяют два типа сейсмических волн:

-  Объемные волны бывают продольными и поперечными.

1) Продольные волны - это волны сжатия, распространяющиеся в направлении

движения волны. Они обозначаются латинской буквой “Р” (primary - первичный, англ.), т. к. у них скорость распространения выше других волн и они первыми приходят на сейсмоприемники.

Скорость продольных волн: Vр = κ μ ρ, где К - объемный модуль упругости или модуль всестороннего сжатия и μ - модуль сдвига, определяемый величиной напряжения, необходимого, чтобы изменить форму тела.

2) Поперечная волна, обозначаемая буквой S (secondary - вторичный, англ.), это волна сдвига, при которой и деформации в веществе происходят поперек направления движения волны.

Скорость поперечных волн: Vs = μ ρ.

Волна S изменяет только форму тела и она, как менее скоростная, приходит на сейсмоприемник позднее волны Р, поэтому и называется “вторичной”. Таким образом, Vp всегда больше Vs.