Внутреннее строение Земли: из каких слоев состоит наша планета

Внутри Земли температура достигает нескольких тысяч градусов. Но благодаря внутреннему строению планеты на ее поверхности возможна жизнь. Какие слои и как влияют на это?

Как выглядит внутреннее строение Земли? Современная наука выделяет 4 основных компонента внутренней структуры планеты: земная кора, мантия, внешнее и внутреннее ядро. Эти слои удобно сравнивать с радиусом Земли, который составляет 6371 км.

Земная кора

Внешняя твердая оболочка, которая покрывает всю планету, — это земная кора. В ней находятся все формы земного рельефа: горы, равнины, дно океана. В этом слое зародилась и развивается жизнь.

Толщина земной коры колеблется от 5 до 70 км от поверхности. Она составляет лишь небольшую часть планеты — меньше 1% от ее массы и 5% объема. Состоит земная кора из относительно целостных блоков — литосферных плит, которые находятся в постоянном движении относительно друг друга.

Известны два типа земной коры — континентальная (материковая) и океаническая. На долю материковой части приходится 79%, океанической — 21%, потому что этот вид коры значительного тоньше (5–10 км) и состоит в основном из базальтовых пород. Материковая кора имеет трехслойное строение:

• Верхний слой состоит из осадочных пород.
• За ним следует гранитный слой.
• Ниже всех расположен базальтовый.

По составу почти половина массы земной коры состоит из кислорода, 25% составляет кремний. В состав коры включены 18 химических элементов, среди которых самые распространенные алюминий, железо, кальций, натрий, калий, магний. Изучает строение земной коры молодая наука геохимия.

Температура земной коры благоприятна для жизни. Но на глубине 20–30 км она начинает возрастать в среднем на 3 °С каждые 100 км.

Земная кора — составная часть литосферы — особого слоя, в который включают также переходной слой и верхний вязкий слой мантии. Литосфера составляет всего 1% радиуса планеты, но именно она позволяет существовать жизни на ней. Литосфера отличается тектонической активностью, в ней взаимодействуют огромные плиты земной поверхности, вызывая землетрясения, извержения вулканов, горообразование. Активные вулканы находятся по линиям глубинных разломов земной коры.

Мантия

Под земной корой находится мантия — самый толстый слой планеты, составляющий 70% ее массы и 80% объема. Она начинается в среднем в 30 км от поверхности Земли и углубляется до 2900 км от поверхности.

Мантия состоит из силикатных и оксидных пород с содержанием кремнезема до 45%, из кристаллических горных пород, а также из редких пород, которые не встречаются в земной коре. Вязкая структура мантии образовалась в результате частичного плавления.

Температура в верхней части мантии уже достигает 1000–1200 °С, повышаясь к нижней ее границе до 4000 °С. В мантии наблюдается тепловая конвекция: более горячие вещества из нижних слоев поднимаются к поверхности. Этот механизм становится причиной движения тектонических плит земной поверхности, вызывающих землетрясения.

Верхний слой мантии очень пластичный, медленно текущий. При извержении вулканов этот слой под давлением выбрасывается в виде раскаленной магмы, застывая в лаву. Извержение вулканов — доказательство огненных процессов в земных недрах. Они дают некоторые сведения о том, что происходит глубоко внутри планеты. Но сама мантия прекрасный термоизолятор: высокая температура внутренних слоев Земли не сжигает ее поверхность.

Для непосредственного исследования слой мантии недоступен. Изучать внутреннее строение Земли, как пишет профессор Владимир Филатов, стали только с конца XIX века, сначала измеряя физические поля, затем с помощью сейсмических волн, возникающих при землетрясениях.

Самый короткий путь к мантии от океанического дна, где земная кора тоньше. Современные буровые установки делают сверхглубокие скважины до 12 км, но бурение под толщей океана связано со многими техническими трудностями.

Внешнее ядро

Ядро — самая глубокая часть Земли и самая горячая. Состоит оно из двух частей — внешнего жидкого и внутреннего твердого ядра. Внутреннее ядро как будто плавает во внешнем, между ними есть некоторая переходная зона. Общий радиус этой сферы составляет 3500 км, а масса — 30% массы планеты.

Слой внешнего ядра начинается на глубине 2900 км под поверхностью Земли, толщина его составляет более 2200 км. Состоит внешнее ядро из расплавленного железа (79%), никеля (около 5%), кремния, серы, кислорода. Температура этого слоя — от 4400 °С и повышается к центру.

Со свойствами внешнего ядра связано существование магнитного поля Земли. Оно возникло за счет электропроводящей жидкости и вихревых токов в ней, генерирующих магнитное поле. Среднее напряжение магнитного поля внутри самого ядра в 50 раз сильнее, чем на поверхности планеты. Вокруг Земли это поле распространяется на несколько тысяч километров и создает защитный слой. Он защищает планету от солнечного ветра, который бы мог испарить воды всех океанов, сделать атмосферу горячей и непригодной для жизни.

Внутреннее ядро

Внутреннее ядро — сердцевина Земли. Его радиус — 1300 км, что немного меньше радиуса Луны (1737 км). Оно состоит из железа, никеля, некоторых легких материалов. Но эти вещества в центре Земли пребывают в твердом состоянии из-за большого давления (около 3,8 млн бар). То, что внутреннее ядро твердое, было определено только в 1930-е годы благодаря сейсмограммам землетрясений.

Можно ли докопать до ядра Земли? На этом пути лежат непреодолимые трудности. Самая главная из них — высокая температура ядра, превышающая 6000 °С, что сопоставимо с температурой поверхности Солнца. Источник такого жара — распад радиоактивных элементов. Поэтому образцы ядра для изучения недоступны, и известно о нем очень мало. Вся информация добыта косвенным путем с помощью геофизики и геохимии.

Интересный факт предоставляет журнал National Geographic: ядро Земли, оказывается, значительно моложе самой планеты. В момент ее образования (около 4,5 млрд лет назад) она представляла собой однородный шар из горячей породы. Лишь в процессе остывания образовалось ядро и другие слои.

Зачем нужно изучать внутреннее строение Земли? Сайт геологии Geology Science объясняет, что изучение структуры планеты помогает понять природу ряда явлений: землетрясений, извержений вулканов, формирования континентов и океанических бассейнов.

Изучение внутреннего строения Земли оказывается не менее сложным, чем исследование далеких космических миров. Это остается одной из не разгаданных человеком тайн.