Внутреннее строение Земли. Магнитное поле Земли и палеомагнитные исследования

Магнитное поле. Присутствие магнитного поля Земли наблюдал каждый, кто брал в руки компас и видел, как один конец стрелки, указывает на север, другой — на юг.

Различают два вида магнитного поля Земли: постоянное (главное) и переменное. Формированию постоянного магнитного поля способствуют внутренние источники — электрические токи, возникающие на поверхности уплотненного ядра Земли из-за различия температур в его частях, что предположительно связано с динамическими процессами в мантии и ядре. Они создают устойчивое магнитное поле, простирающееся на 20— 25 земных радиусов, разное по напряжению в различных точках земной поверхности и подверженное лишь медленным колебаниям. Переменное поле создается внешними источниками, находящимися за пределами планеты — электрическими токами в верхних слоях атмосферы. Пришедшие из глубин Вселенной лучи и частицы вызывают многие известные явления — полярные сияния, магнитные бури, ионизацию воздуха, переход атмосферного кислорода и азота из молекулярного в атомарное состояние и др. Переменное магнитное поле примерно в 100 раз слабее постоянного и характеризуется колебаниями, различными по происхождению и продолжительности действия: регулярными (суточные, сезонные), имеющими, главным образом, солнечную природу, и нерегулярными (магнитные бури).

Магнитное поле Земли имеет дипольную составляющую, в которой есть ось с северным и южным магнитными полюсами, на-клоненная под углом 11,5° к оси вращения. Магнитное поле ориентирует стрелку компаса в направлении магнитных силовых линий. Плоскость большого круга, в которой находится магнитная стрелка, называется магнитным меридианом. Магнитные меридианы, как и географические, сходятся в двух точках — магнитных полюсах. Магнитные полюса не совпадают с географическими, и их координаты меняются в пространстве.

Магнитное поле Земли характеризуется следующими показателями: магнитным склонением, магнитным наклонением и напряженностью.

Магнитное склонение — угол между истинным направлением на север, т.е. географическим меридианом, и направлением северного конца магнитной стрелки. Его значение изменяется от 0° до ±180°. Линии одинакового магнитного склонения называют изогонами.

Магнитное наклонение — угол между горизонтальной плоскостью и магнитной стрелкой, свободно подвешенной на горизонтальной оси. Его значение изменяется от 0° до (±90)°. Оно бывает положительным в северном геомагнитном полушарии и отрицательным — в южном. Линии одинакового магнитного наклонения называют изоклинами.

Напряженность характеризует силу магнитного поля и ее величина возрастает с широтой.

Изменение характеристик магнитного поля во времени происходит прежде всего за счет его смещения относительно земного шара — западного дрейфа.

В истории Земли отмечены смены полярности магнитного диполя. Полярность, когда северный конец магнитной стрелки направлен к северу, называют прямой (как сейчас), в противоположном случае говорят об обратной намагниченности земного диполя.

Наблюдения за магнитным полем Земли ведут многие обсерватории мира и по их измерениям строятся геомагнитные карты, которые показывают, что в ряде районов земного шара напряженность магнитного поля и магнитные силовые линии из-за неоднородности внутреннего строения Земли и остаточной намагниченности горных пород отклоняются от нормального. Такие отклонения называют магнитными аномалиями. Некоторые аномалии используются в качестве поисковых признаков полезных ископаемых.

Магнитосфера. Солнце и планеты Солнечной системы обладают магнитным полем, которое создает вокруг каждого из небесных тел особую внешнюю оболочку — магнитосферу. Это область околоземного пространств, физические свойства которой определяются магнитным полем Земли и его взаимодействием с потоками заряженных частиц (корпускул) космического происхождения.

Земля постоянно подвергается воздействию корпускулярного излучения Солнца — солнечного ветра.

Палеомагнетизм. Магнитное поле Земли существует с незапамятных времен и отражается в результатах процессов и явлений, происходивших на планете в далеком прошлом. Исследование древних горных пород, содержащих частицы магнетита, гематита или других оксидов железа, показало наличие в них остаточной намагниченности, имеющей направление магнитного поля Земли соответствующей эпохи. Изучение первичной намагниченности горных пород разного возраста позволило получить данные о временных изменениях магнитного поля Земли, а при проведении исследований в разных регионах — его пространственное распределение. Согласно этим данным, магнитное поле характеризуется медленным направленным изменением и неоднократно претерпевало инверсии, когда северный полюс становился южным и наоборот. В кайнозойскую эру средним состоянием земного магнитного поля является поле диполя, ориентированного по оси вращения планеты, а сама современная эпоха считается положительной. Палеомагнитные данные для палеозойской эры согласуются между собой только при дополнительном предположении о миграции магнитного полюса относительно земной поверхности. Пути миграции магнитного полюса, вычисленные для разных континентов, существенно различаются, что объясняется их перемещениями во времени и пространстве.

Планетарный характер земного магнетизма и изменений его элементов в геологическом прошлом обусловливает принципиальную возможность возрастной корреляции событий и образований географической оболочки и строгую изохронность выделяемых единиц. Отмеченные зависимости в настоящее время широко используют при сопоставлении разновозрастных базальтов океанического дна, а также для корреляции молодых континентальных образований, практически лишенных палеонтологического материала. Полосчатое строение (полосы прямой и обратной намагниченности чередуются между собой) этих горных пород обусловлено ориентацией железосодержащих минералов в соответствии с направлением магнитных силовых линий, существующих в момент их образования.

Внутреннее строение Земли. Форма Земли. Изостатическая компенсация масс (принцип изостазии). Гипсографическая кривая. Литосфера и астеносфера. Континентальная и океаническая кора и фундаментальные различия между ними.

Земля имеет самую совершенную из математических форм — шарообразную, со средним радиусом 6371,032 км. Сжатие, обусловленное осевым вращением. геоид (буквально — землеподобный). Геоид — геометрически неправильное тело, ограниченное уровенной поверхностью, совпадающей со средним уровнем Мирового океана. Эта поверхность представляет собой геометрическое место точек пространства, имеющих одинаковый потенциал силы тяжести, и не является горизонтальной плоскостью. Внутри материков поверхность геоида поднимается над поверхностью эллипсоида, в океанах — опускается.

Изостазия. Процессы плотностной дифференциации проявляют себя также в виде изостатического уравновешивания литосферы. Это хорошо иллюстрируют модели изостатического уравновешивания тел, плавающих на водной поверхности.

Обычно понятие изостатического равновесия употребляется по отношению к литосфере, но эффект проявляется в любых средах. Так, из принципиальной схемы изостатического уравновешивания блоков литосферы видно, что материковая кора всплывает вместе с частью верхней мантии, поскольку сложена веществом менее плотным, чем океаническая, и имеет большую мощность. Океаническая кора погружается относительно материковой по тем же причинам, ибо плотность ее выше, а мощность меньше. Благодаря изостазии поддерживается закономерное соотношение высот суши и глубин океана, которое отображает гипсографическая кривая. Изостатическое уравновешивание литосферы является важным системообразующим свойством географической оболочки. Оно определяет конфигурацию континентов и океанов, распределение высот и глубин, а через них — поступление и перераспределение тепла, циркуляцию водных и воздушных масс и другие закономерности пространственной дифференциации географической оболочки.

Литосфера - Твердая оболочка Земли. Земная кора и часть верхней мантии над астеносферой, где скорость сейсмических волн понижается, свидетельствуя об изменении пластичности пород. Литосфера имеет мощность 100 км в океанических областях и 100-400 км в континентальных областях.

Астеносфера (слой Гутенберга) – верхний пластичный слой верхней мантии Земли. Астеносфера выделяется по понижению скоростей сейсмических волн. Кровля астеносферы лежит под материками на глубине 80-100 км, под океанами 50-70 км, нижняя граница- на глубине 250-300 км. Выделяется по геофизическим данным как слой пониженной скорости поперечных сейсмических волн.

Континентальная кора- земная кора, залегающая под материками и многими крупными островами. Мощность 40-50 км. Имеет трехслойное строение. 1) осадочный слой 2-5 км 2)гранитный слой (метаморфические породы смешанного состава, гранитный-условно) 3) базальтовый слой (гранулиты метаморфические породы)

Океаническая кора - тип земной коры, распространенный в океанах. От коры континентов отличается меньшей мощностью и базальтовым составом (отсутствием гранитного слоя). Она образуется в срединно-океанических хребтах и поглощается в зонах субдукции. Стандартная океаническая кора имеет мощность 7-15 км и имеет строго закономерное строение: 1)осадочный слой (очень тонкий)- все осадки остаются в основном на шельфе, оседает пыль, морской планктон, глинистые и карбонатные породы. 2) базальтовый слой (вулканические базальты, пелитовые базальты с Mg,Fe, с повышенным содержанием оливина) 3)основные, ультраосновные породы.

Океаническая и континентальная кора отличаются друг от друга:

1. наличием деформаций (в К. их много, в О. их нет)

2. возрастом (макс. Возраст О.коры 180 млн лет)

3. присутствием гранитного слоя (в океанической отсутствует)

4. химическим составом (континентальная: K, Si,Fe,редкие земли; океаническая: MgFe,Na)

5. на континенте кора древняя, в океане кора молодая.