Внутреннее строение Земли всегда интересовало человечество служило предметом исследований многих ученых от древнейших времен до наших дней. Несмотря на это, достоверных данных о внутреннем строении Земли имеется еще весьма мало. Изучение и точное знание строения Земли имеет важное научное и практическое значение.
Тело Земли имеет концентрическое строение и состоит из ядра и ряда оболочек, плотность которых скачкообразно увеличивается от поверхности Земли к ее центру. Концентрические оболочки, слагающие Землю, получили название геосфер.
Наружной геосферой Земли является атмосфера, представляющая собой воздушную оболочку, мощность которой примерно равна 20 000 км. Атмосферу, учитывая меняющийся ее состав, разделяют на три оболочки: тропосферу, стратосферу и ионосферу.
Тропосфера — приземный слой атмосферы, мощность которого в средних широтах 10—12 км. В тропосфере содержится почти 9/10 всей массы газов, составляющих атмосферу, и почти весь водяной пар. С увеличением высоты (удалением от поверхности Земли) происходит резкое понижение температуры. На высоте 10—12 км в среднем температура равна минус 55° С. В этом слое происходит образование облаков и сосредотачиваются тепловые движения воздуха, включая также все геологические процессы, протекающие над земной поверхностью (например, перенос веществ при извержениях вулканов, эоловые и другие процессы).
Стратосфера — следующий за тропосферой слой, достигающий 80—90 км высоты. Благодаря присутствию озона в стратосфере обнаруживается повышение температуры до плюс 50 °С в слоях на высоте 30—55 км. На высоте 80—90 км температура снова понижается до минус 60—90° С.
Ионосфера — самая верхняя и наиболее удаленная от поверхности Земли часть атмосферы. На высоте 20 тыс. км она постепенно переходит в межпланетное пространство.
Приборами, установленными на искусственных спутниках Земли, выявлено, что плотность верхних слоев атмосферы в 5 — 10 раз выше, чем это предполагалось ранее. Спутниками было зафиксировано повышение температуры в слое ионосферы па высоте 225 км.
Гидросфера — представляет собой водную оболочку Земли. Она включает все природные воды морей и океанов, рек, озер, а также материковые льды Арктики и Антарктиды. С водами гидросферы тесно связаны и подземные воды.
В отличие от других геосфер гидросфера не образует сплошной оболочки Земли. Она покрывает 70,8% земной поверхности и образует Мировой океан. Средняя глубина гидросферы 3,75 км, наибольшая глубина достигает 11,5 км (Марианская впадина).
Наружная твердая геосфера Земли называется литосферой, часто объединяемой с термином земная кора.
Твердая оболочка Земли различными методами исследована на глубину 15—20 км. Непосредственному же изучению при помощи буровых скважин подверглась толща лишь до глубины 8 км.
Третья часть поверхности земной коры приходится на выступы литосферы, образующие материки. Наиболее высокой точкой материков является гора Эверест в Гималаях, высота которой достигает 8,88 км. Средняя же высота материковых выступов — всего около 0,7 км над уровнем моря. Часто высокие горы располагаются вблизи глубоких океанических впадин.
Литосфера состоит из разнообразных пород и минералов, т. е. определенных химических соединений или, реже, самородных химических элементов, отличающихся однородностью состава и физических свойств.
Химический состав литосферы до глубины 16 км характеризуется преобладанием следующих элементов (по А. П. Виноградову, в % по массе):
кислород 46,8 натрий 2,6
кремний 27,3 калий 2,6
алюминий 8,7 титан 0,6
железо 5,1 водород 0,15
кальций 3,6 фосфор 0,08
магний 2,1 углерод 0,1
Остальные многочисленные химические элементы в сумме составляют около 0,5% состава земной коры.
Таким образом, в составе литосферы преобладают кислород, кремний, алюминий, железо и кальций, образующие разнообразные горные породы.
Наблюдения в глубоких скважинах, шахтах и тоннелях показали, что по мере углубления в толщу Земли температура повышается в среднем через каждые 33 м на 1° С. Расстояние в глубь Земли, при котором температура повышается от пояса постоянных температур на 1° С, принято называть геотермической ступенью. Геотермическая ступень в различных местах земного шара отклоняется от среднего значения и в отдельных районах достигает 100 м и более.
Между атмосферой, гидросферой и литосферой существует постоянное взаимодействие, в результате которого происходят существенные изменения в составе и строении наружной оболочки земной коры.
В литосфере под верхним слоем ее, сложенном толщей осадочных пород/в нисходящем порядке выделяют гранитную и базальтовую оболочки.
Гранитная оболочка наибольшей мощности (до 50 км) достигает под современными горными хребтами (например, Памира, Альп и др.). Под океаническими впадинами (дно Атлантического и Индийского океанов) эта оболочка местами совершенно отсутствует или имеет малую толщину. Гранитная оболочка имеет плотность 2,6—2,7 г/см3 и сложена породами гранитного состава.
Базальтовая оболочка располагается непосредственно под гранитной. Мощность ее достигает 30 км под материковыми равнинами (платформами). Плотность базальтовой оболочки 2,8—2,9 г/см 3, поскольку она сложена основными породами (базальты и др.), бедными кремнекислотой.
Вследствие преобладания в гранитной и базальтовой оболочках кремния и алюминия их объединяют в геосферу, называемую сиалической, или с и а л ь (от слова silicium, что означает кремний).
Общая мощность литосферы, включая и сиалическую оболочку, в среднем составляет 50—70 км.
Под литосферой залегает перидотитовая оболочка, состоящая из пород еще более основных (т. е. с меньшим содержанием кремнекислоты), чем в базальтовой оболочке. Плотность пород этой геосферы, именуемой также симатической оболочкой, в верхней части равна 3,2—3,4 г/см3, в нижних слоях 4,0— 4,5 г/см3.
Перидотитовая оболочка распространена до глубины 1200 км и охватывает земной шар сплошь, без перерывов. Ниже располагается промежуточная оболочка до глубины 2900 км. Плотность ее 5,3—6,5 г/см3.
Академик А. Е. Ферсман называл эту зону рудной геосферой, считая, что в ней в большом количестве содержатся чистые металлы, такие, как железо и никель.
Внутренняя часть земли, или центральное ядро, начинается с глубины 2900 км и доходит до центра Земли, т. е. до глубины 6370 км. Таким образом, радиус центрального ядра составляет 3470 км, а его плотность 9,0—10,0 и 11,0 г/см3 в самом центре. Предполагают, что ядро Земли имеет силикатный состав, и в его составе содержится железа не больше, чем в других внутренних геосферах (оболочках). Большая плотность ядра объясняется тем, что вещество здесь, находясь под весьма высоким давлением, приобрело плотность металлов.
По современным представлениям, температура в верхней части центрального ядра Земли не превышает 2,0—2,5 тыс. градусов. Большое давление в сочетании с высокой температурой в ядре Земли обусловливает особое упруго-вязкое состояние слагающего его вещества, которое по физическим свойствам приближается к жидкости.
