Литосфера Земли

Человек так давно стал «царем зверей», что иногда с трудом осознает, насколько малы подвластные ему величины. Ни один небоскреб не в состоянии сравниться с горой, а скважина — с океанской впадиной. Человеку кажется, что мир вокруг огромен, — а земная кора, на которой этот мир покоится, составляет всего лишь около 1% от радиуса земного шара.

Строение нашей планеты

Земля, которую мы знаем сегодня, — это не однородный шар. Стоит хоть немного задуматься, это становится очевидным. Ведь люди бурят скважины и добывают воду, нефть и даже алмазы, а значит, все это находится под твердой поверхностью, по которой мы ходим, ездим и на которой строим города. Но что именно таят в себе недра?

внутреннее строение Земли
Внутреннее строение Земли: 1 — внутреннее ядро, 2— внешнее ядро, 3 — нижняя мантия, 4 —верхняя мантия, 5 — кора, 6 — атмосфера. Кора и верхняя мантия составляют литосферу

Согласно последним научным исследованиям, в центре планеты находится ядро, состоящее в основном из металлов — железа и никеля. Внешний слой жидкого ядра состоит по большей части из железа. Выше расположена мантия (нижняя и верхняя), и все это покрыто относительно тонким слоем твердой и хрупкой коры, материковой и океанической. Вместе кора и верхняя часть мантии составляют литосферу.

«Люби землю. Она не унаследована тобой у твоих родителей, она одолжена тобой у твоих детей» (индейская поговорка)

Литосфера «опирается» на текучую часть мантии. И хотя сами тектонические (или литосферные) плиты твердые, под воздействием различных процессов в мантии Земли и благодаря ее пластичности они могут «дрейфовать», то есть очень медленно перемещаться, сближаясь и отдаляясь друг от друга.

Именно в верхнем слое мантии образуется и прорывается на поверхность планеты магма — так происходят извержения вулканов. А магматические породы являются источником месторождений многих полезных ископаемых. Мантия Земли воистину волшебна: подобно древнему алхимику, превращающему железо в золото, она может превращать обычный уголь в драгоценный камень. Ведь уголь, как и алмаз, и графит, — это углерод (элемент С в таблице Менделеева). Под воздействием давления и температуры в мантии его кристаллическая решетка изменяется, и он становится алмазом!

КРУПНЕЙШИЕ ТЕКТОНИЧЕСКИЕ ПЛИТЫ:

  • Тихоокеанская — 103,3 млн км2
  • Северо-Американская — 75,9 млн км2
  • Евразийская — 67,8 млн. км2

Как мы узнаем, что внутри Земли?

Вы спросите, откуда нам все это известно? Ведь толщина земной коры составляет максимум 60-70 километров, а человеку пока не удалось проникнуть сколько-нибудь глубоко внутрь Земли: самая глубокая скважина, пробуренная с научными целями, едва преодолела отметку 12 километров. На это ученые ответят, что давно существует прибор, позволяющий изучать внутреннее строение Земли, — сейсмограф.

Сейсмограф
Сейсмограф — специальный измерительный прибор, применяемый для обнаружения и регистрации всех типов сейсмических волн. Как правило, представляет собой неподвижный груз и подвижные корпус и опору, которые смещаются при сотрясении земной коры, передавая вибрацию на пишущее перо

Сейсмические волны — это волны энергии, перемещающиеся в упругих телах. Их источником могут быть, например, землетрясения или взрывы. Скорость и направление распространения этих волн зависят от плотности и упругости среды, сквозь которую они проходят. Если волна проходит через границу двух сред, то происходит преломление волны, по характеру которого можно судить о свойствах этих сред. Измеряя скорость сейсмических волн, ученые получают данные о плотности слоев Земли и могут делать выводы об их составе.

И раньше сейсмографы, размещенные на расстоянии друг от друга в подвижных, а значит, опасных зонах земной коры, позволяли ученым довольно точно определять источник колебаний, сужая район бедствия, где предстояло работать спасателям. А с приходом компьютерных технологий и аналого-цифровых преобразователей точность и продуктивность работы приборов повысилась в разы, что стало причиной качественного скачка в сейсмологии.

Столкновение литосферных плит

В 1912 году немецкий ученый Альфред Вегенер предложил теорию дрейфа материков. Ее ждала непростая судьба, от полного отрицания до постепенного принятия и прочного становления. В настоящее время теория тектоники плит является одной из самых обоснованных и перспективных.

В целом она довольно проста. Земная кора постоянно подвергается воздействию более глубоких слоев мантии и из-за этого постоянно изменяется. Магма, поднимающаяся к поверхности, вспучивает и растягивает отдельные участки коры. В основном эти процессы происходят в океане, так как океаническая кора тоньше и уязвимее континентальной. Но, согласно общеизвестному закону сохранения вещества, если где-то что-то прибавляется, то где-то что-то должно убавиться. Ведь иначе Землю просто постепенно раздувало бы, как воздушный шарик! И если в отдельных местах земная кора растягивается, то в других она «складывается», за счет того, что край одной тектонической плиты уходит под край другой.

Место стыка двух плит — всегда сейсмически неспокойный район, там часто случаются землетрясения и извержения вулканов. А из-за «столкновения» плит, как правило, возникают океанские впадины и сухопутные горные цепи. Таких примеров на планете не счесть: глубоководные Перуанский и Чилийский желоба, высокогорье Анд, где расположено огромное количество вулканов, или Армянское нагорье, где проходит сухопутная граница столкновения Эгейской и Иранской тектонических плит, место частых землетрясений (Армения, Иран, Турция), и многие другие.

В настоящее время литосфера Земли представляет собой мозаику из постоянно движущихся плит. И наше счастье, что их дрейф составляет всего около пяти сантиметров в год!

Но медленное «дыхание» планеты можно увидеть и на более наглядных примерах. В Италии, на берегу Неаполитанского залива расположен небольшой город Поццуоли. Среди древних городских развалин там есть небольшой храм, построенный почти две тысячи лет назад. К XIII веку и сам храм, и городская площадь, образовавшаяся вокруг него... опустились ниже уровня моря. И произошло это не сразу, во время землетрясения, а постепенно, год за годом. Почти три века эти постройки находились в воде, потом суша снова начала подниматься. К 1800 году остатки зданий снова стояли на земле. Море оставило нам наглядное доказательство: сейчас можно увидеть, что мраморные колонны храма изъедены морскими камнеточцами на высоте 5,71 метра от основания.

Поццуоли соседствует с вулканом Везувием, и происходящее с храмом прекрасно иллюстрирует вулканическую активность в этом районе.

Вулканы

Самыми явными, красочными — и в то же время самыми опасными доказательствами активной внутренней жизни Земли являются, пожалуй, вулканы.

Это геологические образования в месте выхода на поверхность магмы, которая превращается в лаву, вулканические газы и камни. Свое название огнедышащие горы получили по имени бога-кузнеца Вулкана из древнеримской мифологии.

Охос-дель-Са-ладо
Самый высокий из вулканов находится на границе Аргентины и Чили. Это Охос-дель-Са-ладо, что по-испански означает «соленые слезы». Его высота 6890 м. За время существования человечества он не извергался ни разу, но не является потухшим, так как в 1993 г. выбросил в атмосферу серу и водяной пар

Хотя почему только горы? Да, большинство вулканов — образования так называемого центрального типа, классический конус, сформированный застывшими потоками лавы и пепла, с жерлом и центральным кратером, откуда изливается магма. Таковы, например, Эльбрус, Везувий, Этна и Фудзияма.

Однако довольно распространенным является и трещинный тип вулкана. Это длинные разломы земной коры, лава во время извержений растекается и застывает вдоль них огромными полями. Древние трещинные вулканы были найдены на нагорьях Эфиопии. Действующие современные находятся в основном на острове Исландия. Самый знаменитый из них — Лаки, длиной 25 километров, — в 1783 году едва не убил на острове все живое: из-за многочисленных извержений Исландию накрыло плотным облаком удушающего вулканического пепла, не пропускавшего солнечные лучи.

Самые активные действующие вулканы находятся на границах литосферных плит, по линиям глубинных разломов коры. Таково, например, Тихоокеанское огненное кольцо, в которое входят вулканы Камчатки, Японии, Филиппинских островов, Индонезии, Мексики, Алеутских островов, Южной Америки и Огненной Земли.

Древнеримский бог Вулкан
Древнеримский бог Вулкан

Если происходят мощные извержения, то тонны вулканического пепла могут достигать верхних слоев атмосферы и даже затруднять авиационные перелеты, что совсем недавно, в 2010 году, доказал исландский вулкан Эйяфьятлайокудль, который две сотни лет считали спящим. А в прошлом вулканы приводили даже к изменению климата!

Вообще, соседство с ними опасно для человека. Печально знаменитый вулкан Кракатау, расположенный между островами Ява и Суматра, спал почти двести лет. Но в августе 1883 года он разразился несколькими грандиозными взрывами. Две трети острова Кракатау ушли под воду, а сам вулкан просел в высоте с почти 2000 до 813 метров. Пеплом накрыло территорию площадью почти 800 000 квадратных километров. Содрогнувшееся океанское дно породило волны до 35 метров высотой, прокатившиеся по Индийскому, Тихому и Атлантическому океанам. В тот раз погибло почти сорок тысяч человек.

А кому не знакомы, хотя бы на слух, такие названия, как Везувий и Помпеи? Извержение Везувия произошло почти две тысячи лет назад, в 79 году, обрушившийся пепел полностью засыпал римские города Помпеи, Геркуланум и Стабии, которые были найдены археологами только многие столетия спустя.

Магма
Магма — расплавленная жидкая смесь в недрах земной коры или верхней мантии. Излившаяся на поверхность магма называется лавой

Почему же человек не бежит подальше от страшного соседства? Ответ прост. Горячие недра планеты создают благоприятные климатические условия для жизни — человека, животных и растений. Без вулканов в Исландии жизнь была бы невозможна из-за холода, а горячие воды используются в качестве альтернативного источника тепла. Например, все отопление столицы острова, Рейкьявика, осуществляется за счет термальных вод. На Камчатке — и не только — вулканы порождают термальные источники. Состав воды в них может очень разниться, но их польза для здоровья очевидна. Исследование термальных вод породило в медицине целое направление — бальнеологию: специалисты используют эти воды, насыщенные минеральными веществами, для лечения самых разных органов, от суставов до легких.

Однородна ли земля?

В древности на этот вопрос сразу и без всяких сомнений ответили бы «да». Современный человек так же однозначно скажет «нет» — и будет абсолютно прав. Один процент земного радиуса, доставшийся на долю земной коры, очень разнообразен по составу, и в этом счастье для человечества. Представьте себе жизнь на голых гранитных и базальтовых скалах! А на деле земные недра являются источником самых разных полезных ископаемых, без которых развитие цивилизации было бы просто невозможно.

Нефть, газ, руды, уголь, строительные материалы — вы можете представить мир без них? Но, по геологическим меркам, мы добываем нефть совсем недавно, а минералы служили человеку с момента его появления на планете.

В каменном веке, за четыре тысячи лет до нашей эры, человек строил себе жилье из глины и камня, из горных пород растирали краски для наскальной живописи, из кремния делали скребки, ножи и наконечники для копий, чтобы добывать пищу и обрабатывать шкуры.

«Грандиозные вещи делаются грандиозными средствами. Одна природа делает великое даром» (А. Герцен)

Век бронзовый принес людям знакомство с металлами. Самой доступной и поддающейся обработке оказалась мягкая медь. Постепенно человек учился добавлять в нее примеси: олово, серебро, свинец — и получать более прочную бронзу. По-прежнему большое значение имела добыча камня для строительства, свидетели чему пирамиды Древнего Египта.

В железном веке человек научился добывать и обрабатывать железные руды. Надо ли говорить, что это породило очередной скачок в развитии цивилизации?

Чем же еще питает нас Земля?

Важность полезных ископаемых

Если полезные ископаемые сосредоточены в одном месте в большом количестве, то возможна их добыча в промышленных масштабах. Например, таковы Донбасс и Кузбасс — огромные угольные месторождения Донецкого и Кузнецкого бассейнов.

Энергетике необходимо горючее, поэтому столь важна добыча нефти, природного газа, торфа и угля. Это стратегическое сырье для каждой страны. Богатейшие месторождения энергоносителей находятся в Саудовской Аравии, Кувейте, России, Азербайджане, Канаде, США и Мексике.

Огромное значение имеет и разработка рудных месторождений. Современные технологии требуют руд не только черных металлов, таких как железо, титан, марганец, хром, но и благородных — золота, серебра и платины, ведь ювелирная промышленность отнюдь не единственное их применение.

Кольская сверхглубокая скважина
В Мурманской области (Россия) находится Кольская сверхглубокая скважина — самая глубокая скважина в мире (12 262 м). Бурение было начато в 1970 г. с научной целью: дойти до базальтового слоя и добыть образцы для изучения. Но за двадцать с лишним лет так и не удалось выйти за пределы гранитного слоя, и в 1994 г. бурение было остановлено

Однако самым важным полезным ископаемым на Земле является... вода. Как известно из биологии, она — источник всего живого на планете. Но это еще и источник энергии. А еще без воды, переносящей частицы различных минералов, было бы невозможно образование столь разнообразных руд.

Что тут спорить? Без воды человек может прожить не больше нескольких дней, в условиях засухи не растут аграрные культуры, а значит, нет пищи. Трудно представить, но треть человечества страдает от нехватки воды, это крайне серьезная проблема. Еще большую проблему представляет собой загрязнение воды. Она не знает границ: все водоемы — реки, моря, озера, океаны — связаны между собой, а значит, зараженная промышленными отходами вода вливается в постоянный круговорот, отравляя всю планету...

Но самое главное, темпы потребления ископаемых постоянно растут, и не так уж далек час, когда природные ресурсы будут истощены. Что же делать?

Если всерьез подойти к этому вопросу, шансы у нас есть. Кроме тех полезных ископаемых, которые мы просто забираем у природы, существуют так называемые возобновляемые ресурсы. Это природные ресурсы, которые или не зависят от того, используем мы их или нет, или восстанавливаются быстрее, чем человек их потребляет.

Возобновляемые источники энергии — это Солнце, реки, ветра, морские волны, приливы и отливы, тепло Земли (геотермальное), разница температур между океаном и воздухом, животная и растительная биомасса. Да, нам потребуется разработка и внедрение сложных технологий, но это единственный путь к тому, чтобы не разрушить свою планету и выжить самим.

«Земля, природы мать, — ее же и могила: Что породила, то и схоронила» (У. Шекспир)

Одним из самых сложных и спорных вопросов является использование ядерной энергии. С одной стороны, это огромный КПД (коэффициент полезного действия) и колоссальные запасы, которых человечеству хватило бы на миллионы лет. С другой стороны, термоядерная реакция взята человеком под контроль не полностью. Как сказал один из российских ученых-физиков, пока мы еще только чиркаем термоядерными спичками. Любая утечка крайне опасна с точки зрения экологии, что доказала и трагедия в Чернобыле, и недавняя авария на японской станции Фукусима. Кроме того, ядерный цикл не является замкнутым, а эффективно утилизировать ядерные отходы люди еще не научились. Ядерная энергетика, к сожалению, пока слишком опасна и неподконтрольна, и во многих странах мира ведутся дискуссии об отказе от этого вида топлива.

Но не расстраивайтесь. Во-первых, ученые постоянно работают над топливным вопросом, а во-вторых, каждый из нас может помочь восстановлению природы и ее ресурсов. Как? Например, посадить дерево.


Поделиться ссылкой