ЖЕР МЕН ОНЫҢ ҚАБЫҒЫНЫҢ ҚҮРЫЛЫСЬІ
Жердің ішкі құрылысын білудің ғылыми да, практикалық та маңызы зор. Қазіргі геофизикалық зерттеулер, әсіресе жер сілкінісі кезінде таралатын сейсмикалық толқындардың жылдамдығы мен өту сипаты, Жер денесінің концентрлік құрылысы бар екенін дәлелдеді. Яғни ол ядродан, аралық қабықтан, перидотиттік қабықтан (мантиядан) және литосферадан тұрады.
Ядроға қарай қабықтардың тығыздығы бірқалыпты артып отырады. Ал Жер бетінде өзара байланысқан үш орта орналасқан: газ қабығы — атмосфера, су қабығы — гидросфера және тірі организмдердің тіршілік ортасы — биосфера.
Жердің терең қабаттарын қалай зерттейді?
Тереңдегі қабаттарды тікелей зерттеу үшін бұрғылау скважиналары пайдаланылады. Қола түбегінде (КСРО аумағында) 11 км-ден астам тереңдіктен деректер алынған. Қазіргі кезде 15 км-ге дейін аса терең скважиналар бұрғылануда.
Мұндай скважиналар жер қыртысының терең бөліктеріне — гранит пен базальт қабаттарының шегіне, яғни мантияның жоғарғы шекарасына дейін жетуі тиіс. Қазіргі әдістермен бір скважинаны бұрғылауға 10 жылдан астам уақыт кетуі мүмкін.
Гранит, базальт және мантияның жоғарғы шегінен алынған заттарды зерттеу Жер құрылысы туралы түсінікті нақтылай түседі. Әсіресе мантия құрамын білу маңызды, өйткені жер қыртысы мен оның пайдалы қазындыларының басым бөлігі мантия затынан қалыптасқан деп есептеледі.
Жердің сыртқы қабықтары
Атмосфера
Атмосфера — Жердің газ қабығы. Оның қалыңдығы 3000 км-ге дейін жетеді де, одан жоғарыда біртіндеп планетааралық кеңістікке ұласады. Құрлық беті мен Дүниежүзілік мұхит атмосфераның төменгі шекарасы саналады.
- Жер бетіндегі ең жоғары температура: Ливияда және Термез маңында (көлеңкеде) шамамен +50°C.
- Ең төмен температура: Антарктидада −87°C, Якутияда −71°C.
Гидросфера
Гидросфера — мұхиттар, теңіздер, көлдер, өзендер, мұздықтар және жерасты суларының жиынтығы. Ол тұтас бір қабат құрап жатпайды, бірақ Жер бетінің 70,8%-ін жауып жатыр. Орташа қалыңдығы 3,8 км, ал ең терең бөлігі Тынық мұхиттағы Марианна ойысында 11 521 м-ге жетеді.
Биосфера
Биосфера — организмдердің тіршілік ету ортасы ретінде Жер бетімен тығыз байланысты. Ол литосферамен, гидросферамен және атмосферамен үздіксіз өзара әсерлеседі. Биосфера литосфераға 5 км-ге дейін (бактериялар), атмосфераға 30–40 км-ге дейін (споралар мен бактериялар), ал гидросфераның бүкіл қалыңдығына 11 км-ге дейін ене алады.
Биогеохимия ғылымының негізін салған В. И. Вернадский өз еңбектерінде биосфераның планетадағы орнын айқындады.
Адамның биосферадағы жалпы планеталық геологиялық әрекетін А. Е. Ферсман техногенез деп атауды ұсынды.
Ал адам түрлендірген жер қыртысының жоғарғы бөлігін Вернадский ноосфера — «ақыл-парасат сферасы» деп атады.
Литосфера және жер қыртысының құрылысы
Жердің сыртқы қатты бөлігі 50–70 км тереңдікке дейін литосфера деп аталады. Ол материктерде қалыңырақ, мұхит түбінде жұқалау келеді. Пайдалы қазыналардың негізгі көзі болғандықтан, Жердің бұл бөлігі салыстырмалы түрде жақсы зерттелген.
Құрамы және орташа тығыздығы
Литосфера әр түрлі тау жыныстары мен минералдардан тұрады; орташа тығыздығы 2,7–2,8 г/см³. Оның 16 км тереңдікке дейінгі бөлігінде оттек, кремний және алюминий басым.
| Элемент | Мөлшері (%) |
|---|---|
| Оттек | 46,8 |
| Кремний | 27,3 |
| Алюминий | 8,7 |
| Темір | 5,1 |
| Кальций | 3,6 |
| Натрий | 2,6 |
| Калий | 2,6 |
| Магний | 2,1 |
| Өзгелері | 1,2 |
Дерек: А. П. Виноградов (1950).
Атмосфера, гидросфера, биосфера және литосфера өзара тығыз байланысты. Бұл байланыс литосфераның құрылысы мен құрамына да елеулі әсер етеді.
Литосфераның ең жоғарғы бөлігі салыстырмалы түрде жұқа шөгінді жыныстар қат-қабатынан тұрады.
Негізінен граниттік жыныстардан құралған. Материктерде орташа қалыңдығы 15–20 км. Мұхит ойыстарында болмауы да мүмкін.
Қалыңдығы 30 км-ге дейін. Базальт, габбро типтес жыныстардан тұрады. Соңғы кезде бұл қабатты жоғарғы мантия деп те атайды.
Мантия және аралық қабық
Перидотиттік қабық (мантия)
Перидотиттік қабық литосфераның астында орналасады. Ол тығыздығы 3,3–4,5 г/см³ болатын ультранегізді жыныстардан құралған, құрамында кремний мен магний басым. Құрамында балқыған масса кездеседі, ал жоғарғы бөлігі өте әрекетті келеді: дәл осы аймақта сейсмикалық және вулкандық құбылыстар, тау түзілу процестері басталады.
Бұл қабық 900 км тереңдікке дейін таралып, Жер шарын үзіліссіз түгел қоршап жатады.
Аралық қабық
Аралық қабықтың тығыздығы 5,3–6,5 г/см³. Ол 900 км-ден 2900 км-ге дейінгі аралықта таралған. Құрамында кремний, темір, магний және никель елеулі орын алады.
Ядро: деректер мен болжамдар
Жер ядросы туралы мәлімет әзірге толық емес. Сейсмикалық деректер ядро затының ең жоғары тығыздығы 12,3 г/см³-ге жететінін көрсетеді; қысым шамамен 3,6 млн атм, температура 5000°C. Ядроның радиусы шамамен 3500 км.
Химиялық құрамы жөніндегі екі көзқарас
- Кейбір зерттеушілер ядро темір метеориттеріне ұқсас болып, негізінен темір мен никельден тұрады деп санайды.
- Басқалары ядро мантияға ұқсас болып, темір мен магний силикаттарынан тұрады деп есептейді.
Қысым мен температураның тереңдік бойынша өзгеруі
- 50 км тереңдікте: шамамен 13 мың атм.
- Ядро маңында: шамамен 1,4 млн атм.
- Жер центрінде: шамамен 3,6 млн атм.
- Әрбір 33 м тереңдеген сайын шамамен 1°C өседі (жоғарғы бөліктерде).
- 100 км-де: шамамен 1300°C.
- 2900 км-де: шамамен 2000–2500°C.
- Ядрода: шамамен 5000°C.
Ядродан өзге қабықтар негізінен қатты күйде деп саналады. Алайда өте жоғары температура мен қысым әсерінен тереңдегі материя пластикалық қасиетке ие болады. Бұл пікірді бойлама және көлденең сейсмикалық толқындардың терең қабаттар арқылы еркін өтуі қуаттайды.
Магманың сұйық (балқыған) күйде болуын көбіне вулкандармен тікелей байланысты, жер қыртысының астындағы жекелеген учаскелермен шектеулі түрде ғана болжауға болады. Ал ядро арқылы көлденең сейсмикалық толқындар өтпейтіндіктен, ондағы заттың қатты күйде болуы ықтимал емес. Сондықтан Жер ядросын аса тығыздалған сұйық зат деп қарастырады.