Контрольная работа — 4 вопроса

1. Характеристика ядра Земли, его химический состав и физические свойства

Значение средней плотности Земли (5.517 г/см-3) в сопоставлении со средней плотностью вещества земной коры (2.6 — 2.7 г/см-3) и момент инерции (0.334 гR2) однозначно указывают на расслоение земного вещества по плотности.

Рост плотности вещества Земли с глубиной определяется двумя явлениями — сжатием и полиморфизмом под действием давления с переходом к фазам большей плотности и изменением химического состава. Экстраполяция плотности глубинного вещества к нормальному давлению показывает, что она (кроме вещества верхней мантии) не соответствует ни одному известному в составе земной коры типу пород и предполагает либо глубокий полиморфизм вещества обычных пород, либо принципиальное изменение их химического состава; геофизические данные не позволяют решить эту альтернативу.

Предположение А. Добрэ об аналогии каменной оболочки (мантии) и ядра Земли силикатной и металлической фазам метеоритов (хондритов) можно считать полностью выдержавшей проверку временем; современные данные о составах этих фаз метеоритов могут служить граничными условиями при оценке состава мантии и ядра Земли.

Альтернатива — формирование Земли в результате аккреции недифференцированной примитивной твердой фракции протопланетного вещества типа углистых хондритов или в результате аккреции уже готовых силикатных фаз и металла — решается в пользу последнего; основанием этго предположения является отсутствие химического равновесия между веществом мантии и ядра Земли — существенно более высокие содержания в мантии Земли сидерофильных и халькофильных элементов по сравнению с силикатной фазой обыкновенных хондритов. Таким образом, дифференциация вещества Земли на силикатную фракцию (мантию) и металлическую фракцию (ядро) и распределение по этим типам вещества всех химических элементов предопределено космохимической историей протопланетного вещества и при формировании Земли эти две фазы не переуравновешивались. Такие данные исключают возможность формирования земного ядра в ходе геологической истории Земли в результате отделения металлического железа, рассеянного или образующегося в примитивном веществе Земли с последующей сегрегацией в центре планеты.

Ядро Земли центральная часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли) и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания 2900 км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Масса ядра 1,9 321 024 кг.

Известно о ядре очень мало вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами, и образцы вещества ядра не доступны, и вряд ли будут получены в обозримом будущем.

Состав ядра непосредственно не известен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.

С другой стороны из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10% меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.

Наконец состав ядра можно оценить исходя из геохимических соображений. Если мы каким либо образом рассчитаем первичный состав Земли и вычислим какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым могут быть построены оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами (табл. 1).

Таблица 1

Химический состав ядра

Источник Si, wt.% Fe, wt.% Ni, wt.% S, wt.% O, wt% Mn, ppm Cr, ppm Co, ppm P, ppm

Allegre et al., 1995 7.35 79.39 4.87 2.30 4.10 5820 7790 2530 3690

Mc Donough, 2003 6.0 85.5 5.20 1.90 0 300 9000 2500 2000

Таким образом, из рассмотренного материала можно прийти к следующим заключениям:

— в состав Земли при ее формировании в ходе аккреции твердой компоненты протопланетного облака должна была войти силикатная фаза типа силикатной фазы хондритов (с некоторой добавкой примитивного материала) и металлическая фаза типа Fe, Ni-сплава хондритов или железных метеоритов; сильно летучие компоненты, находящиеся в протопланетном облаке в составе газовой фазы и льдов, в состав Земли в существенных количествах вовлечены не были;

— геохимическая направленность дифференциации Земли на силикатную оболочку и металлическое ядро задана разделением химических элементов в ходе формирования минерального (фазового) состава протопланетного вещества — образования металлической фазы, концентрирующей сидерофильные элементы, и силикатной фазы, резко обедненной сидерофильными элементами и концентрирующей в своем составе литофильные элементы; роль сульфидной фазы в составе планетного вещества второстепенна (ее содержание не высоко), но в земной истории халькофильных элементов она оказывается определяющей; в ходе геологической истории Земли силикатная фракция, с одной стороны, и металлическая и сульфидная фазы — с другой, не вовлекались в глубокое взаимодействие и оставались геохимически независимыми (рис.1) .

РИСУНОК

2. Геологическая деятельность ледников

Ледники — это естественные массы кристаллического льда (вверху — фирна), находящиеся на поверхности Земли в результате накопления и последующего преобразования твердых атмосферных осадков (снега). Необходимым условием образования ледников является сочетание низких температур воздуха с большим количеством твердых атмосферных осадков, что имеет место в холодных странах высоких широт и в вершинных частях гор. В преобразовании снега в фирн, а затем в лед большое значение имеют давление и сублимация возгонка), под которой понимается испарение льда и новая кристаллизация водяного пара. При сублимации высвобождается тепло, способствующее сплавлению отдельных кристаллов. С течением времени фирн постепенно превращается в глетчерный лед. Зарождаются ледники выше снеговой границы, где располагаются их области питания (аккумуляции). Но при движении ледники выходят ниже снеговой границы в область абляции (лат. «абляцио» — отнятие, снос), где происходит постепенное уменьшение массы ледника путем таяния, испарения и механического разрушения. Эту зону иногда называют областью стока или областью разгрузки. В зависимости от изменяющихся во времени соотношений аккумуляции и абляции происходит осцилляция (лат. «осцилляцио» — колебание) края ледника. В случае существенного усиления питания и превышения его над таянием, край ледника продвигается вперед — ледник наступает, при обратном соотношении ледник отступает. При длительно сохраняющемся соотношении питания и абляции край ледника занимает стационарное положение. Современные ледники покрывают площадь свыше 16 млн. км, или около 11% суши.

Выделяются три основных типа ледников: 1) материковые, или покровные; 2) горные; 3) промежуточные, или смешанные. Классическими примерами ныне существующих материковых ледников служат покровы Антарктиды и Гренландии.

Важное значение имеет пластическое или вязкопластическое течение льда, которое обычно наблюдается в нижней части ледника. Такое движение возможно при значительной мощности льда, создающей нагрузку на его нижние слои, и достаточной его чистоте. При пластическом течение периодически накапливаются горизонтальные напряжения, превышающие упругость льда, в результате возникают горизонтальные срывы, вдоль которых вышележащие слойки льда проскальзывают по нижележащим. Такие послойно-дифференцированные пластические течения местами сопровождаются скачкообразным изменением скорости движения. На контакте ледника с ложем (неоднородным по рельефу и составу горных пород) возникают глыбовые скольжения. Этому способствует наличие обломочного маериала в нижней части движущегося ледника, что увеличивает внутреннее трение льда и приводит к понижению его пластичности. Верхняя хрупкая часть ледника разбита многочисленными трещинами (уходящими иногда на значительную глубину) на глыбы различного размера и пассивно перемещается вместе с подстилающей частью льда .