Литосфера. Жердің ішкі құрылымы

Тақырыптың мақсаты: литосфераның құрылымы мен заттық құрамын анықтау. Жердің ішінде орын алатын көптеген үдерістер оның бетінің кескінін қалыптастырады. Магма жер қойнауынан беткейге шығып, жанартауларды түзеді, ал оның ағындары қатып, ғажайып лава платоларын түзеді. Жер бетінің әртүрлі бөліктерінің соқтығысуының нәтижесінде таулар түзіледі. Көптеген жер сілкіністері жер бедерінің өзгеруіне әкеледі: жер бетінің әртүрлі бөліктерінің опырылуы, жапырылуы орын алады, таулар құлайды. Мұның бәрі тізбектеле келіп, табиғаттың басқа компоненттерінің де өзгеруіне алып келеді. Біз күнделікті шаруашылықтағы іс-әрекетімізде пайдаланатын және «пайдалы қазбалар» деп атайтын тау жыныстары мен минералдар да Жер қойнауының ішінде түзіледі.

Гидросфера мен атмосфера секілді Жердің қатты беті де, негізінен заттардың жоғарғы мантиядан бөлінуі нәтижесінде қалыптасқан. Оның қалыптасуы мұхиттардың түбінде әлі де жалғасуда. Жоғарыда айтылғандардың негізінде, «біздің ғаламшарымыздың ішкі құрылымы мен оның ішіндегі үдерістерді білу жер бетінің табиғатын түсіну үшін аса маңызды» деген қорытынды шығады.

Жердің ішкі құрылымын қалай зерттейді? Оның бірнеше әдісі бар. Мысалы: жер бетіне төгілген лава құрамын зерттеуі. Кейде терең ұңғымалар қазады. Алайда бұл әдісте де шектеу бар. Адамдар 12 шақырымнан тереңге аса алмады, өйткені жер қойнауындағы температураның жоғарылығы сонша — ешбір техника оның әсеріне шыдай алмайды.

Жердің ішкі құрылымы

Әрбір 100 м тереңдік сайын ол 3°С-қа артады. Жердің ішкі құрылымын сейсмикалық толқындардың көмегімен зерттеу әдісі — ең сенімді тәсіл. Әртүрлі жер сілкіністері барысында Жер қойнауларында түрлі толқындар туындайды, оларды сейсмикалық деп атайды: 1) ең жылдам бойлық Р-толқындар (яғни бастапқы — primary); 2) анағұрлым баяу колденең 8-толқындар (яғни қайталама -secondary).

Толқындардың екі түрі де тығыз заттар арқылы жылдамырақ өтеді. Зат неғұрлым тығыз болса, толқындардың жылдамдығы соғұрлым жылдамырақ. Р-толқындар қатты заттармен қатар сұйық заттар арқылы да өте алады. 8-толқындар сұйық орта арқылы өте алмайды.

Осы толқын түрлерінің өту жылдамдығы арқылы тығыз не тығыз емес қабаттардың қай жерде орналасқанын анықтау мүмкін болды. Ал 8-толқындардың өту ерекшеліктері арқылы ғаламшардың ішкі қабаттарының қатты, тұтқыр немесе сұйық агрегатты күйін анықтау мүмкін болды.

Жердің ішкі құрылымы қандай? Күрделі зерттеулер Жердің үш қабаттан тұратынын анықтауға мүмкіндік берді. Олар: литосфера, мантия және ядро.

Жер қыртысынан және астеносфераға дейінгі жоғарғы мантия бөлігінен тұратын Жердің қатты қабықшасын литосфера деп атайды. Литосфера = жер қыртысы + жоғарғы мантия бөлігі. Жер қыртысы мен жоғарғы мантия бөлігі бір-бірінен Мохоровичич шекарасымен бөлініп тұр. Осы шегарада сейсмикалық толқындардың өту жылдамдығы дереу артады.

Жердің жоғары мантиясындағы тығыздық, беріктік және тұтқырлық қасиеттері төмен қабат астеносфера деп аталады. Ол литосферадан төмен орналасқан: Жоғарғы шегарасы мұхиттар астында 100 км тереңдік шамасында; төменгі шегарасы — 250-350 км тереңдікте. Астеносфера жер қыртысында орын алатын эндогенді үдерістердің (магматизм, метаморфизм т.б.) пайда болуында маңызды рөл атқарады.

Ғалымдар жер қыртысының жоғарыдан төмен қарай шөгінді, гранит және базальт қабаттарынан тұратынын анықтай алды. Алайда ол барлық жерде бірдей емес. Құрлықтардың астында ол шөгінді, гранит және базальт қабаттарынан, ал мұхиттардың астында тек қана базальт және жұқа шөгінді қабаттардан тұрады. Мұхиттың жер қыртысында гранитті қабат жоқ.

Жер қыртысынан төменде анағұрлым тығыз зат қабаты орналасқандықтан, сейсмикалық толқындардың өту жылдамдығы айтарлықтай артады (6,7-7,6 км/сек-тан бастап 7,9-8,2 км/сек-ке дейін). Бұл осы қабаттағы заттардың жоғары қысымға байланысты тығыздалған күйде болатындығын болжауға себеп болды. Бұл қабат — мантияның жоғарғы бөлігі және жер қыртысымен бірге литосфераны құрайды.

Литосфераның қалыңдығы жазықтар астында орташа есеппен 35-40 шақырымнан, таулы аудандардың астында 70 шақырымға дейін өзгеріп отырады. Ежелгі таулардың астында жер қыртысының қалыңдығы одан да жоғары. Гималайдың астында оның қалыңдығы 90 шақырымға жетеді. Ең жұқа мұхиттардың астында жер қыртысы — орташа есеппен шамамен 7-10 км, ал Тынық мұхиттың кейбір аудандарында 5 км-ге дейін.

Литосфераның құрылымы

Литосфера үйлесімдері әртүрлі тау жыныстары мен минералдарды құрайтын түрлі химиялық элементтерден тұрады. Олардың құрамында оттегі шамамен 47%, кремний 30%, алюминий 8%, темір 5%, калъций, натрий, калий, магний болады. Олардың әрқайсысы -2-3% -дан ең көп таралған химиялық элементтер. Осы сегіз элементтің үлесіне жер қыртысы массасының 99% -ы тиесілі.

Жер қыртысы мен ядро арасында 30 шақырымнан 2900 шақырымға дейінгі тереңдікте мантия орналасқан. Мантия — ғаламшардың ең ірі бөлігі, оның массасы Жер массасының 67% -ын және оның көлемінің шамамен 83% -ын құрайды. Ол 90 км тереңдікке дейінгі жоғарғы мантия және төменгі мантиядан тұрады. Мантияның жоғарғы қабаты берік әрі қатты болып келеді және жер қыртысымен бірге литосфераны түзейді.

Мантияда орын алатын үдерістер жер қыртысына және Жер бетіне әсер етеді. Ол — құрлықтардың қозғалуы, вулканизм, жер сілкіністері, таулардың түзілуі және кенді орындардың қалыптасуының себебі. Литосферадан төменде, мантия бетінен шамамен 150-200 км тереңдікте астеносфера орналасқан. Заттардың агрегаттың күйіне қарай астеносфераның қаттылығы мен тұтқырлығы төмен. Алайда ол — 1200°С температурамен анағұрлым иілімді қабықша. Вулканизм үдерістері астеносферамен байланысты, өйткені жер қыртысына енетін не жер бетіне төгілетін ерітілген магма ошақтары сонда орналасқан.

Жердің қақ ортасында ядро орналасқан, оның тереңдігі 2900 шақырымды құрайды, ал орташа радиусы 3500 шақырымға тең. Ядроны қатты ішкі және сұйық сыртқы ядро деп бөледі. Сыртқы ядро сұйық болып келеді, құрамында темір мөлшері көп және үздіксіз қозғалыста болады. Ал ядроның ішкі аймағы қатты деп есептелінеді. Ғалымдардың гипотезасына сәйкес заттардың қаттылығы орасан температура және қысыммен қамтамасыз етіледі. Ядроның құрамына темір кіреді және кремний, күкірт, оттегі, сутегі де болуы мүмкін.