Внутрішня будова Землі: з яких шарів складається наша планета

Усередині Землі температура сягає кількох тисяч градусів. Але завдяки внутрішній будові планети на її поверхні можливе життя. Які шари і як впливають на це?

Який вигляд має внутрішня будова Землі? Сучасна наука виділяє 4 основні компоненти внутрішньої структури планети: земна кора, мантія, зовнішнє і внутрішнє ядро. Ці шари зручно порівнювати з радіусом Землі, який становить 6371 км.

Земна кора

Зовнішня тверда оболонка, яка вкриває всю планету, – це земна кора. У ній містяться всі форми земного рельєфу: гори, рівнини, дно океану. У цьому шарі зародилося і розвивається життя.

Товщина земної кори коливається від 5 до 70 км від поверхні. Вона становить лише невелику частину планети – менше 1% від її маси і 5% об’єму. Складається земна кора з відносно цілісних блоків – літосферних плит, які перебувають у постійному русі відносно одна одної.

Відомі два типи земної кори – континентальна (материкова) та океанічна. На частку материкової частини припадає 79%, океанічної – 21%, бо цей вид кори значного тонший (5-10 км) і складається переважно з базальтових порід. Материкова кора має тришарову будову:

• Верхній шар складається з осадових порід.
• За ним іде гранітний шар.
• Нижче за всі розташований базальтовий.

За складом майже половина маси земної кори складається з кисню, 25% становить кремній. До складу кори включено 18 хімічних елементів, серед яких найпоширеніші алюміній, залізо, кальцій, натрій, калій, магній. Вивчає будову земної кори молода наука геохімія.

Температура земної кори сприятлива для життя. Але на глибині 20-30 км вона починає зростати в середньому на 3 °С кожні 100 км.

Земна кора – складова частина літосфери – особливого шару, до якого включають також перехідний шар і верхній в’язкий шар мантії. Літосфера становить лише 1% радіуса планети, але саме вона дає змогу існувати життю на ній.

Літосфера вирізняється тектонічною активністю, у ній взаємодіють величезні плити земної поверхні, спричиняючи землетруси, виверження вулканів, горотворення. Активні вулкани розташовані по лініях глибинних розломів земної кори.

Мантія

Під земною корою міститься мантія – найтовстіший шар планети, що становить 70% її маси і 80% об’єму. Вона починається в середньому за 30 км від поверхні Землі і заглиблюється до 2900 км від поверхні.

Мантія складається із силікатних і оксидних порід із вмістом кремнезему до 45%, із кристалічних гірських порід, а також із рідкісних порід, які не зустрічаються в земній корі. В’язка структура мантії утворилася внаслідок часткового плавлення.

Температура у верхній частині мантії вже досягає 1000-1200 °С, підвищуючись до нижньої її межі до 4000 °С. У мантії спостерігається теплова конвекція: гарячіші речовини з нижніх шарів піднімаються до поверхні. Цей механізм стає причиною руху тектонічних плит земної поверхні, що спричиняють землетруси.

Верхній шар мантії дуже пластичний, повільно текучий. Під час виверження вулканів цей шар під тиском викидається у вигляді розпеченої магми, застигаючи в лаву. Виверження вулканів – доказ вогненних процесів у земних надрах. Вони дають деякі відомості про те, що відбувається глибоко всередині планети. Але сама мантія прекрасний термоізолятор: висока температура внутрішніх шарів Землі не спалює її поверхню.

Для безпосереднього дослідження шар мантії недоступний. Вивчати внутрішню будову Землі, як пише професор Володимир Філатов, почали тільки з кінця XIX століття, спочатку вимірюючи фізичні поля, потім за допомогою сейсмічних хвиль, що виникають під час землетрусів.

Найкоротший шлях до мантії від океанічного дна, де земна кора тонша. Сучасні бурові установки роблять надглибокі свердловини до 12 км, але буріння під товщею океану пов’язане з багатьма технічними труднощами.

Зовнішнє ядро

Ядро – найглибша частина Землі і найгарячіша. Складається воно з двох частин – зовнішнього рідкого і внутрішнього твердого ядра. Внутрішнє ядро ніби плаває в зовнішньому, між ними є деяка перехідна зона. Загальний радіус цієї сфери становить 3500 км, а маса – 30% маси планети.

Шар зовнішнього ядра починається на глибині 2900 км під поверхнею Землі, товщина його становить понад 2200 км. Складається зовнішнє ядро з розплавленого заліза (79%), нікелю (близько 5%), кремнію, сірки, кисню. Температура цього шару – від 4400 °С і підвищується до центру.

Із властивостями зовнішнього ядра пов’язане існування магнітного поля Землі. Воно виникло завдяки електропровідній рідині та вихровим струмам у ній, що генерують магнітне поле. Середня напруга магнітного поля всередині самого ядра в 50 разів сильніша, ніж на поверхні планети.

Навколо Землі це поле поширюється на кілька тисяч кілометрів і створює захисний шар. Він захищає планету від сонячного вітру, який би міг випарувати води всіх океанів, зробити атмосферу гарячою і непридатною для життя.

Внутрішнє ядро

Внутрішнє ядро – серцевина Землі. Його радіус – 1300 км, що трохи менше за радіус Місяця (1737 км). Воно складається із заліза, нікелю, деяких легких матеріалів. Але ці речовини в центрі Землі перебувають у твердому стані через великий тиск (близько 3,8 млн бар). Те, що внутрішнє ядро тверде, було визначено тільки в 1930-ті роки завдяки сейсмограмам землетрусів.

Чи можна докопати до ядра Землі? На цьому шляху лежать непереборні труднощі. Найголовніша з них – висока температура ядра, що перевищує 6000 °С, що можна порівняти з температурою поверхні Сонця. Джерело такого жару – розпад радіоактивних елементів. Тому зразки ядра для вивчення недоступні, і відомо про нього дуже мало. Уся інформація здобута непрямим шляхом за допомогою геофізики та геохімії.

Цікавий факт надає журнал National Geographic: ядро Землі, виявляється, значно молодше самої планети. У момент її утворення (близько 4,5 млрд років тому) вона являла собою однорідну кулю з гарячої породи. Лише в процесі охолодження утворилося ядро та інші шари.

Навіщо потрібно вивчати внутрішню будову Землі? Сайт геології Geology Science пояснює, що вивчення структури планети допомагає зрозуміти природу низки явищ: землетрусів, вивержень вулканів, формування континентів і океанічних басейнів.

Вивчення внутрішньої будови Землі виявляється не менш складним, ніж дослідження далеких космічних світів. Це залишається однією з не розгаданих людиною таємниць.

✅Основні шари атмосфери Землі

Газова оболонка, що оточує нашу планету Земля, відома як атмосфера, складається з п’яти основних шарів. Ці шари беруть початок на поверхні планети, від рівня моря і підіймаються до космічного простору в наступній послідовності:

• тропосфера;
• стратосфера;
• мезосфера;
• термосфера;
• екзосфера.

У проміжку між кожним з цих основних п’яти шарів знаходяться перехідні зони, звані «паузами», де відбуваються зміни температури, складу і щільність повітря. Разом з паузами, атмосфера Землі в цілому включає 9 шарів.

Тропосфера: де створюється погода

З усього шару атмосфери тропосфера є тією, з якою ми найбільше знайомі (чи усвідомлюєте ви це, чи ні), оскільки ми живемо на її дні – поверхні планети. Вона огортає поверхню Землі і простягається вгору на кілька кілометрів. Слово тропосфера означає «зміна кулі». Дуже хороша назва, оскільки цей шар, де відбувається наша повсякденна погода.

Починаючи з рівня моря, тропосфера піднімається на висоту від 6 до 20 км. Нижня третина, найближча до нас, містить 50% усіх атмосферних газів. Це єдина частина всього складу атмосфери, яка дихає.

Завдяки тому, що повітря нагрівається знизу земною поверхнею, що поглинає теплову енергію Сонця, зі збільшенням висоти температура і тиск тропосфери знижуються.

На вершині знаходиться тонкий шар, званий тропопаузою, який є всього лише буфером між тропосферою і стратосферою.

Стратосфера: дім озону

Стратосфера – наступний шар атмосфери. Він простягається від 6-20 км до 50 км над земною поверхнею. Це шар, в якому літають більшість комерційних авіалайнерів і подорожують повітряні кулі.

Тут повітря не тече вгору і вниз, а рухається паралельно землі в дуже швидко рухомих повітряних потоках. У міру того, як ви піднімаєтеся, температура збільшується, завдяки великій кількості природного озону (O₃) – побічний продукт сонячної радіації і кисню, який має здатність поглинати шкідливі ультрафіолетові промені сонця (будь-яке підвищення температури з висотою в метеорології, відомий як «інверсія»).

Оскільки стратосфера має більш теплі температури внизу і більш прохолодні нагорі, конвекція (вертикальні переміщення повітряних мас) зустрічається рідко в цій частині атмосфери.

Фактично, ви можете розглядати зі стратосфери бурхливу в тропосфері бурю, оскільки шар діє як «ковпачок» для конвекції, через який не проникають штормові хмари.

Після стратосфери знову слід буферний шар, на цей раз званий стратопаузою.

Мезосфера: середня атмосфера

Мезосфера знаходиться приблизно на відстані 50-80 км від поверхні Землі. У верхній частині мезосфери є найхолоднішим природним місцем на Землі, де температура може опускатися нижче -143 ° C.

Термосфера: верхня атмосфера

Після мезосфери і мезопаузи слід термосфера, розташована між 80 і 700 км над поверхнею планети, і містить менш як 0,01% всього повітря в атмосферної оболонки. Температури тут сягають до +2000 ° C, але через сильну розрідженість повітря і брак молекул газу для перенесення тепла, ці високі температури сприймаються, як дуже холодні.

Екзосфера: межа атмосфери і космосу

На висоті близько 700-10000 км над земною поверхнею знаходиться екзосфера – зовнішній край атмосфери, що межує з космосом. Тут метеорологічні супутники обертаються навколо Землі.

Як щодо іоносфери?

Іоносфера не є окремим шаром, а насправді цей термін використовується для позначення атмосфери на висоті від 60 до 1000 км. Вона включає в себе самі верхні частини мезосфери, всю термосферу і частина екзосфери.

Іоносфера отримала свою назву, тому що в цій частині атмосфери випромінювання Сонця іонізується, коли проходить магнітні поля Землі на півночі і півдні. Це явища спостерігається з землі як північне сяйво.

Що ми дізналися?

1. Тропосфера:
   • Найнижчий шар атмосфери, простирається від поверхні Землі до висоти приблизно 8-15 км. Тут відбувається погода, формуються хмари та опади. Температура знижується з висотою.
2. Стратосфера:
   • Розташовується вище тропосфери, досягає висоти близько 50 км. Важлива особливість – озоновий шар, який поглинає і розсіює шкідливе ультрафіолетове випромінювання Сонця. Температура зростає з висотою через поглинання ультрафіолетових променів озоном.
3. Мезосфера:
   • Простирається від 50 до 80-85 км. Це найхолодніший шар атмосфери, де температура може знижуватися до -90°C. Мезосфера є місцем, де спостерігаються сяючі нічні хмари та метеори згоряють, вступаючи в атмосферу Землі.
4. Термосфера:
   • Висота цього шару варіюється від 85 до 600 км. Температура зростає з висотою, може досягати 2500°C або вище, оскільки газові молекули поглинають високоенергетичне сонячне випромінювання. Термосфера включає іоносферу, що має велике значення для радіозв’язку.
5. Екзосфера:
   • Це зовнішній шар атмосфери, що починається приблизно з 600 км і поступово переходить у космічний простір. Тут молекули газу настільки рідкісні, що можуть втекти у космос.

Атмосфера Землі складається з кількох основних шарів, кожен з яких має унікальні характеристики та важливе значення для підтримки життя на планеті. Від тропосфери, де формується погода, до екзосфери, що межує з космосом, кожен шар виконує незамінні функції, включаючи захист від шкідливого випромінювання, підтримку кліматичної системи та забезпечення умов для радіозв’язку.

Розуміння структури та динаміки атмосфери є ключовим для вирішення сучасних екологічних викликів, таких як зміна клімату та озонова діра, а також для розвитку аеронавтики та космонавтики.

Дізнаємося як шари Землі існують? Назви та особливості земних оболонок

Структура нашої планети неоднорідна. Одна складається з декількох рівнів, що включають тверді та рідкі оболонки. Як називаються шари Землі? Скільки їх? Чим вони відрізняються один від одного? Давайте розберемося.

Як утворилися шари Землі?

Серед планет земної групи (Марс, Венера, Меркурій) Земля володіє найбільшою масою, діаметром і щільністю. Вона утворилася приблизно 4,5 мільярда років тому. Згідно з однією з версій, наша планета, як і інші, сформувалася з дрібних частинок, що виникли після Великого вибуху.

Уламки, пил і газ почали об’єднуватися під дією гравітації і набували сферичну форму. Протоземля була сильно розпечена і розплавляла мінерали і метали, що потрапляють на неї. Більш щільні речовини відправлялися вниз, до центру планети, менш щільні піднімалися нагору.

Так з’явилися перші шари Землі – ядро і мантія. Разом з ними виникло і магнітне поле. Зверху мантія поступово остигала і покривалася плівкою, яка згодом стала корою. На цьому процеси формування планети не закінчилися, в принципі, вони тривають і зараз.

Гази і вируючі речовини мантії постійно проривалися назовні через розколи в корі. Їх вивітрювання утворили первинну атмосферу. Тоді поряд з воднем і гелієм у ній було багато вуглекислого газу. Вода, за однією з версій, з’явилася пізніше від конденсації льоду, який занесли астероїди і комети.

Ядро

Шари Землі представлені ядром, мантією і корою. Всі вони відрізняються за своїми властивостями. У центрі планети знаходиться ядро. Воно вивчене менше інших оболонок, а всі відомості про нього є, хоч і науковими, але все ж припущеннями. Температура всередині ядра сягає близько 10 000 градусів, тому дістатися до нього навіть з найкращою технікою поки не представляється можливим.

Залягає ядро на глибині 2900 кілометрів. Прийнято вважати, що воно має два шари – зовнішній і внутрішній. Разом вони володіють середнім радіусом 3,5 тисячі кілометрів і складаються з заліза і нікелю. Передбачається, що ядро може містити сірку, кремній, водень, вуглець, фосфор.

Внутрішній його шар знаходиться в твердому стані через величезний тиск. Розмір його радіусу дорівнює 70% від радіусу Місяця, це приблизно 1200 кілометрів. Зовнішнє ядро знаходиться в рідкому стані. Воно складається не тільки з заліза, але також з сірки і кисню.

Температура зовнішнього ядра коливається від 4 до 6 тисяч градусів. Його рідина постійно переміщується і тим самим впливає на магнітне поле Землі.

Мантія

Мантія окутує ядро і представляє середній рівень у будові планети. Вона недоступна для безпосереднього дослідження і вивчається за допомогою геофізичних і геохімічних методів. Вона займає близько 83% обсягу планети. Під поверхнею океанів її верхня межа проходить на глибині декількох кілометрів, під континентами ці показники збільшуються до 70 кілометрів.

Вона поділяється на верхню і нижню частини, між якими проходить шар Голіцина. Як і нижчі шари Землі, мантія володіє високою температурою – від 900 до 4000 градусів. За консистенцією вона в’язка, при цьому щільність її колбелеться залежно від хімічних змін і тиску.

За складом мантія схожа на кам’яні метеорити. Вона містить силікати, кремній, магній, алюміній, залізо, калій, кальцій, а також гроспідити і карбонатити, які не містяться в земній корі. Під впливом сильних температур в нижньому рівні мантії багато мінералів розкладаються на оксиди.

Зовнішній шар Землі

Над мантією розташовується поверхня Мохоровичича, позначаючи межу між оболонками різного хімічного складу. У цій частині швидкість сейсмічних хвиль різко збільшується. Верхній шар Землі представлений корою.

Зовнішня частина оболонки стикається з гідросферою і атмосферою планети. Під океанами вона значно тонша, ніж на суші. Приблизно на 3/4 її покриває вода. Структура кори схожа з корою планет земної групи і частково Місяця. Але тільки на нашій планеті вона ділиться на континентальну і океанічну.

Океанічна кора відносно молода. Велика її частина представлена базальтовими породами. Товщина шару в різних частинах океану становить від 5 до 12 кілометрів.

Матерікова кора складається з трьох шарів. Внизу знаходяться грануліти та інші подібні метаморфічні породи. Над ними розташований шар гранітів і гнейсів. Верхній рівень представлений осадовими породами. Континентальна кора містить у своєму складі 18 елементів, включаючи водень, кисень, кремній, алюміній, залізо, натрій та інші.

Літосфера

Одна зі сфер географічної оболонки нашої планети – літосфера. Вона об’єднує такі шари Землі, як верхня мантія і кора. Її також визначають як тверду оболонку планети. Її товщина становить від 30 кілометрів на рівнинах до 70 кілометрів у горах.

Літосферу поділяють на стабільні платформи і рухомі складчасті області, в районах яких розташовані гори і вулкани. Верхній шар твердої оболонки сформували потоки магми, які проривалися через земну кору з мантії. Завдяки цьому літосфера складається з кристалічних порід.

Вона схильна до зовнішніх процесів Землі, наприклад вивітрювань. Процеси в мантії не стихають і проявляються вулканічною і сейсмічною активністю, рухом літосферних плит, гороосвітою. Це, в свою чергу, також впливає на будову літосфери.