Презентация на тему «Внутреннее строение Земли и литосферные плиты»

Слайд 1. Внутреннее строение Земли и литосферные плиты

• Оболочки планеты, методы их изучения и современная теория тектоники литосферных плит

Доклад: Тема нашей презентации — внутреннее строение Земли и литосферные плиты. Мы разберём, из каких оболочек состоит планета, как учёные о них узнали и почему земная поверхность непрерывно меняется. В основе рассказа — современная теория тектоники литосферных плит.

Слайд 2. Содержание

• Введение
• Методы изучения недр Земли
• Оболочки Земли
• Границы разделов внутри Земли
• Земная кора: два типа
• Мантия Земли
• Ядро Земли
• Температура недр с глубиной
• Сводная характеристика оболочек
• Литосфера и литосферные плиты
• Тектоника плит: основные положения
• Становление теории
• Учёные, создавшие теорию
• Крупнейшие литосферные плиты
• Типы границ литосферных плит
• Дивергентные границы
• Конвергентные границы
• Трансформные границы
• Мантийная конвекция
• Землетрясения, вулканизм, горы
• Выводы
• Список литературы

Доклад: Работа построена от простого к сложному. Сначала мы посмотрим, какими методами изучают недра и как устроены оболочки Земли, затем перейдём к литосфере и плитам, их границам и движущим силам, а завершим практическими следствиями и выводами.

Слайд 3. Введение

• Внутреннее строение Земли недоступно прямому наблюдению: Кольская сверхглубокая скважина достигла лишь 12 262 метров — менее 0,2 % радиуса планеты.
• Знания о недрах получены косвенно, прежде всего по скорости прохождения сейсмических волн, поэтому строение Земли — модель, которая уточняется новыми данными.
• Тектоника литосферных плит объясняет землетрясения, вулканизм, горообразование и очертания материков единым механизмом.
• Понимание строения недр практически значимо: от него зависят поиск полезных ископаемых и оценка сейсмической опасности территорий.

Доклад: Недра Земли невозможно увидеть напрямую: самая глубокая скважина в мире прошла всего двенадцать с небольшим километров, а это менее двух десятых процента радиуса планеты. Поэтому всё, что мы знаем о глубинах, получено косвенно. Тем не менее эти знания имеют огромное практическое значение — от поиска месторождений до оценки сейсмической опасности.

Слайд 4. Методы изучения недр Земли

• Сейсмический метод — главный: по времени пробега продольных и поперечных волн определяют плотность и состояние вещества на глубине.
• Гравиметрия: аномалии силы тяжести выдают неоднородности плотности и дают среднюю плотность планеты 5,52 г/см³.
• Палеомагнитные исследования: намагниченность пород океанического дна фиксирует перевороты магнитного поля и возраст коры.
• Сверхглубокое бурение: Кольская скважина впервые дала образцы пород с глубины более 12 километров.
• Изучение метеоритов и мантийных включений в лавах: железные метеориты считают аналогом вещества ядра.

Доклад: Главный инструмент геофизика — сейсмические волны: проходя сквозь планету, они меняют скорость и направление, и по этим изменениям восстанавливают строение недр. Гравиметрия добавляет сведения о плотности, палеомагнитные исследования — о возрасте океанического дна. Прямое бурение и изучение метеоритов дополняют картину веществом, которое можно взять в руки.

Слайд 5. Оболочки Земли

• Средний радиус Земли — 6371 км, твёрдое внутреннее ядро начинается с глубины 5150 км.
• Границы оболочек выделены по резким скачкам скорости сейсмических волн.
• На мантию приходится около 83 % объёма и примерно две трети массы планеты.
• Земная кора составляет менее 1 % массы Земли, но именно она доступна изучению.
• Земная кора — тонкая внешняя твёрдая оболочка мощностью 5–70 км
• Верхняя мантия — до глубины 660 км, содержит пластичную астеносферу
• Нижняя мантия — от 660 до 2900 км, вещество твёрдое и очень вязкое
• Внешнее ядро — 2900–5150 км, жидкое, преимущественно железо
• Внутреннее ядро — 5150–6371 км, твёрдый железо-никелевый сплав

Доклад: Земля состоит из вложенных друг в друга оболочек: тонкой коры, мощной мантии и железного ядра. Обратите внимание на масштаб: кора занимает менее процента массы планеты, а мантия — около восьмидесяти трёх процентов её объёма. Границы между оболочками выделены не условно, а по резким скачкам скорости сейсмических волн.

Слайд 6. Границы разделов внутри Земли

• Граница Мохоровичича — раздел коры и мантии на глубине 5–70 км, где скорость продольных волн скачком растёт до 8 км/с.
• Астеносфера — слой пониженной вязкости в верхней мантии на глубине 100–250 км, по которому скользят литосферные плиты.
• Граница Гутенберга — раздел мантии и ядра на глубине 2900 км, где поперечные волны полностью исчезают.
• Граница Леманн — раздел жидкого внешнего и твёрдого внутреннего ядра на глубине около 5150 км.

Доклад: Четыре понятия нужно запомнить обязательно. Граница Мохоровичича отделяет кору от мантии, граница Гутенберга — мантию от ядра, граница Леманн — жидкое внешнее ядро от твёрдого внутреннего. Отдельно стоит астеносфера: это пластичный слой, по которому и скользят литосферные плиты.

Слайд 7. Земная кора: два типа

• Земная кора неоднородна: под материками и под океанами она различается мощностью, строением и возрастом, а это прямо отражается на рельефе планеты.
• Мощность 30–40 км на равнинах и до 70 км под горными системами
• Три слоя: осадочный, гранитно-метаморфический и базальтовый
• Средняя плотность около 2,7 г/см³ — легче океанической
• Древнейшие участки имеют возраст свыше 4 миллиардов лет
• Мощность всего 5–10 км, гранитно-метаморфический слой отсутствует
• Два слоя: тонкий осадочный чехол и мощный базальтовый
• Плотность около 3,0 г/см³ — заметно тяжелее материковой
• Возраст нигде не превышает 180 миллионов лет — кора обновляется

Доклад: Земная кора бывает двух типов, и различие между ними принципиально. Материковая кора толстая, трёхслойная и лёгкая, поэтому она держится на поверхности миллиарды лет. Океаническая — тонкая, тяжёлая и молодая: нигде на дне океанов нет коры старше ста восьмидесяти миллионов лет, потому что она постоянно обновляется.

Слайд 8. Мантия Земли

• Мантия — самая объёмная оболочка планеты: от границы Мохоровичича до глубины 2900 км, около 83 % объёма Земли.
• Сложена силикатами магния и железа: в верхней мантии преобладает оливин, глубже минералы переходят в плотные фазы.
• Температура растёт от 500–900 °C у подошвы коры до 3500–4000 °C у границы с ядром.
• Вещество мантии твёрдое, но при длительных нагрузках медленно течёт — это и создаёт конвекцию.

Доклад: Мантия — главная по объёму оболочка планеты, простирающаяся почти на три тысячи километров вглубь. Она сложена силикатами магния и железа и нагрета от нескольких сотен до почти четырёх тысяч градусов. Вещество мантии твёрдое, но при длительных нагрузках течёт, и именно это медленное течение приводит в движение литосферные плиты.

Слайд 9. Ядро Земли

• Ядро сложено преимущественно железом с примесью никеля и лёгких элементов; движение жидкого внешнего ядра создаёт магнитное поле Земли.
• 2900 км — Кровля ядра — На этой глубине проходит граница Гутенберга — раздел мантии и ядра.
• 5150 км — Раздел ядра — Жидкое внешнее ядро сменяется твёрдым внутренним.
• 5500 °C — Температура центра — Сопоставима с температурой видимой поверхности Солнца.
• 3,6 млн атм — Давление в центре — Огромное давление удерживает железо в твёрдом состоянии.

Доклад: Ядро начинается на глубине двух тысяч девятисот километров и делится на жидкое внешнее и твёрдое внутреннее. В центре планеты температура достигает примерно пяти с половиной тысяч градусов, а давление — трёх с половиной миллионов атмосфер. Движение расплавленного железа во внешнем ядре работает как гигантское динамо и создаёт магнитное поле Земли.

Слайд 10. Температура недр с глубиной

• Температура растёт неравномерно: в верхних километрах градиент достигает 30 °C на километр, глубже он резко уменьшается.
• Разогрев поддерживается распадом радиоактивных изотопов урана, тория и калия, а также остаточным теплом формирования планеты.

Доклад: График показывает, как растёт температура с глубиной. В верхних километрах она поднимается очень быстро — примерно на тридцать градусов на каждый километр, но затем рост замедляется. Источники тепла — распад радиоактивных элементов и остаточное тепло, накопленное при формировании планеты.

Слайд 11. Сводная характеристика оболочек

• Разделение на оболочки установлено по скачкам скорости сейсмических волн, а не по прямым наблюдениям.
• Плотность вещества растёт от 2,7 г/см³ в коре до 13 г/см³ в центре планеты.

Доклад: Эта таблица собирает всё сказанное воедино: для каждой оболочки указаны глубина, физическое состояние и состав. Хорошо видно, что с глубиной вещество становится плотнее — от двух и семи десятых грамма на кубический сантиметр в коре до тринадцати в центре. Твёрдое состояние сменяется жидким и снова твёрдым.

Слайд 12. Литосфера и литосферные плиты

• Литосфера — верхняя твёрдая оболочка Земли, включающая земную кору и жёсткую часть верхней мантии. Разломами она разбита на крупные блоки — литосферные плиты, которые перемещаются по пластичной астеносфере.
• 70–250 км — Мощность литосферы
• 7 — Крупнейших плит
• 2–15 см/год — Скорость движения

Доклад: Литосфера — это кора вместе с жёсткой верхней частью мантии, общей мощностью от семидесяти до двухсот пятидесяти километров. Разломами она разбита на плиты, которые ведут себя как жёсткие блоки на пластичном основании. Семь крупнейших плит и несколько десятков мелких перемещаются со скоростью от двух до пятнадцати сантиметров в год — примерно так же, как растут ногти.

Слайд 13. Тектоника плит: основные положения

• Литосфера разбита на ограниченное число жёстких плит, движущихся как единое целое.
• Плиты перемещаются по вязкой астеносфере, а их внутренние области почти не деформируются.
• Все главные тектонические события сосредоточены на границах плит.
• Океаническая кора рождается в срединных хребтах и поглощается в глубоководных желобах.
• Площадь литосферы постоянна: сколько коры создаётся, столько же и разрушается.

Доклад: Теория тектоники плит строится на нескольких простых положениях. Плиты жёсткие и движутся целиком, деформируясь только по краям, поэтому вся тектоническая активность сосредоточена на границах. Кора рождается в срединных хребтах и поглощается в желобах, а суммарная площадь литосферы при этом остаётся постоянной.

Слайд 14. Становление теории

• Идея подвижности материков прошла путь от догадки до строгой геофизической теории.
• Решающими стали данные о рельефе и намагниченности океанического дна, полученные в середине XX века.
• 1596 — Ортелий заметил сходство берегов
• 1912 — Вегенер выдвинул теорию дрейфа материков
• 1929 — Холмс предложил мантийную конвекцию
• 1962 — Хесс обосновал спрединг океанского дна
• 1963 — открыты магнитные полосы дна
• 1968 — оформлена тектоника литосферных плит

Доклад: Путь теории занял почти четыре века. Сходство очертаний берегов Атлантики заметили ещё в шестнадцатом веке, но научную гипотезу дрейфа материков сформулировал Альфред Вегенер в тысяча девятьсот двенадцатом году. Признание пришло только в шестидесятые годы, когда изучение океанского дна дало прямые доказательства спрединга.

Слайд 15. Учёные, создавшие теорию

• Альфред Вегенер, 1880–1930, Автор теории дрейфа материков и представления о суперматерике Пангея
• Андрия Мохоровичич, 1857–1936, Открыл границу земной коры и мантии, названную его именем
• Инге Леманн, 1888–1993, Доказала существование твёрдого внутреннего ядра Земли
• Джон Тузо Вильсон, 1908–1993, Описал трансформные разломы и цикл раскрытия океанов

Доклад: За теорией стоят конкретные люди. Мохоровичич и Леманн по сейсмическим данным открыли внутренние границы планеты, Вегенер выдвинул идею дрейфа материков и заплатил за экспедиции жизнью, а Джон Тузо Вильсон описал трансформные разломы и цикл раскрытия и закрытия океанов. Их работы и сложились в современную геодинамику.

Слайд 16. Крупнейшие литосферные плиты

• Помимо семи крупнейших плит выделяют десятки средних и малых — Аравийскую, Наска, Карибскую, Филиппинскую.
• Границы плит не совпадают с очертаниями материков: одна плита обычно несёт и сушу, и часть океанического дна.

Доклад: Крупнейшая плита — Тихоокеанская, её площадь превышает сто миллионов квадратных километров, и она целиком состоит из океанической коры. Остальные крупные плиты смешанные: несут и материки, и участки океанского дна. Именно поэтому границы плит не совпадают с береговыми линиями, а проходят по океанам и через континенты.

Слайд 17. Типы границ литосферных плит

• Характер процессов на границе определяется тем, как движутся соседние плиты относительно друг друга.
• Срединные хребты
• Рифтовые долины
• Излияния базальтов
• Мелкофокусные толчки
• Глубоководные желоба
• Зоны субдукции
• Горные пояса
• Глубокие очаги
• Сдвиговые разломы
• Смещение хребтов
• Сильные толчки
• Нет вулканизма

Доклад: Все границы плит сводятся к трём типам. Там, где плиты расходятся, рождается новая кора; там, где сходятся, кора поглощается или сминается в горы; там, где скользят друг вдоль друга, ничего не создаётся и не разрушается, но накапливаются напряжения. Каждому типу отвечает свой набор форм рельефа и своя сейсмичность.

Слайд 18. Дивергентные границы

• Плиты расходятся, а образующаяся трещина заполняется поднимающейся из мантии базальтовой магмой — так рождается новая океаническая кора.
• Срединно-океанические хребты образуют непрерывную систему длиной более 60 тысяч километров — крупнейшую горную структуру планеты.
• Симметричные полосы намагниченности по обе стороны хребта доказали спрединг и позволили измерить его скорость.
• На суше расхождение проявляется в рифтах, например в Восточно-Африканской рифтовой системе.

Доклад: На дивергентных границах плиты раздвигаются, и трещина заполняется базальтовой магмой. Так работает система срединно-океанических хребтов протяжённостью более шестидесяти тысяч километров. На снимке хорошо видны симметричные полосы возраста дна по обе стороны Срединно-Атлантического хребта — это и есть прямое доказательство спрединга.

Слайд 19. Конвергентные границы

• При схождении плит дальнейшие события зависят от того, какая кора участвует в столкновении: более плотная океаническая всегда уходит вниз.
• Океаническая плита погружается под материковую или под другую океаническую
• Возникают глубоководные желоба — Марианский достигает 11 022 метров
• Над зоной погружения формируются вулканические дуги и активные окраины
• Очаги землетрясений прослеживаются до глубины 700 километров
• Сталкиваются две плиты с материковой корой близкой плотности
• Ни одна из плит не может погрузиться, поэтому кора сминается в складки
• Образуются высочайшие горные пояса — Гималаи, Альпы, Кавказ
• Мощность коры в зоне коллизии удваивается и достигает 70 километров

Доклад: При схождении плит возможны два сценария. Если участвует океаническая кора, она как более плотная погружается в мантию — возникают глубоководные желоба и цепочки вулканов. Если сталкиваются два материка, погружаться нечему, и кора сминается в складки: так возникли Гималаи, Альпы и Кавказ.

Слайд 20. Трансформные границы

• Плиты скользят одна вдоль другой без образования и без поглощения коры, поэтому вулканизм здесь отсутствует.
• Разлом Сан-Андреас длиной около 1300 км разделяет Тихоокеанскую и Северо-Американскую плиты, смещаясь примерно на 5 см в год.
• Накопленные в зоне трения напряжения снимаются рывками — отсюда разрушительные землетрясения, как в Сан-Франциско в 1906 году.
• Трансформные разломы рассекают срединные хребты на сегменты и обеспечивают их движение по сферической поверхности.

Доклад: Трансформные границы — это скольжение плит вдоль друг друга. Классический пример на снимке — разлом Сан-Андреас в Калифорнии, где Тихоокеанская плита смещается относительно Северо-Американской примерно на пять сантиметров в год. Движение идёт рывками, и каждый такой рывок оборачивается сильным землетрясением.

Слайд 21. Мантийная конвекция

• Тепло радиоактивного распада и остаточное тепло ядра создают в мантии медленные конвективные ячейки.
• Восходящие потоки приподнимают литосферу и раздвигают её в срединно-океанических хребтах.
• Основной вклад даёт затягивание холодной плотной плиты в зоне субдукции.
• Дополнительно плита соскальзывает с приподнятого хребта под действием силы тяжести.
• Полный оборот вещества в конвективной ячейке занимает сотни миллионов лет.
• Нагрев у ядра
• Подъём вещества
• Растекание под литосферой
• Остывание
• Погружение

Доклад: Что же заставляет плиты двигаться? Разогретое у ядра вещество мантии поднимается, растекается под литосферой, остывает и снова опускается — так работает конвективная ячейка. К этому добавляются два механических фактора: тяжёлая холодная плита тянет за собой всю остальную в зоне субдукции, а от приподнятого хребта плита соскальзывает под собственным весом.

Слайд 22. Землетрясения, вулканизм, горы

• Около 90 % землетрясений и большинство действующих вулканов приурочены к Тихоокеанскому огненному кольцу — цепи зон субдукции по краям Тихого океана.
• Гималаи выросли при столкновении Индостана с Евразией, начавшемся около 50 миллионов лет назад, и продолжают подниматься на 5–10 мм в год.
• Сейсмические пояса — Тихоокеанский и Альпийско-Гималайский — точно повторяют границы литосферных плит.
• Знание границ плит лежит в основе сейсмического районирования и норм строительства в опасных районах.

Доклад: Практические следствия теории видны на карте сейсмичности. Около девяноста процентов землетрясений и большинство действующих вулканов сосредоточены в Тихоокеанском огненном кольце, то есть на границах плит. Гималаи на снимке продолжают расти на несколько миллиметров в год, потому что Индостан по-прежнему давит на Евразию.

Слайд 23. Выводы

• Земля имеет закономерное оболочечное строение: кора, мантия и ядро разделены сейсмическими границами Мохоровичича, Гутенберга и Леманн.
• Основные сведения о недрах получены косвенными методами, прежде всего сейсмическим, поскольку прямое бурение достигло лишь 12 километров.
• Литосфера разбита на плиты, которые движутся по астеносфере со скоростью от 2 до 15 сантиметров в год.
• Тектоника литосферных плит объединяет объяснение землетрясений, вулканизма, горообразования и дрейфа материков в единую теорию.

Доклад: Подведём итоги. Земля устроена как система оболочек с чёткими сейсмическими границами, а знания о ней получены преимущественно косвенными методами. Литосфера разбита на плиты, движение которых по астеносфере объясняет землетрясения, вулканизм, горообразование и дрейф материков в рамках единой теории.

Слайд 24. Список литературы

• Аллисон, А. Геология. Наука о вечно меняющейся Земле / А. Аллисон, Д. Палмер. — Москва : Мир, 1984. — 568 с.
• Вегенер, А. Происхождение континентов и океанов / А. Вегенер. — Ленинград : Наука, 1984. — 285 с.
• Короновский, Н. В. Общая геология : учебник / Н. В. Короновский. — Москва : КДУ, 2006. — 528 с.
• Монин, А. С. История Земли / А. С. Монин. — Ленинград : Наука, 1977. — 228 с.
• Хаин, В. Е. Геотектоника с основами геодинамики : учебник / В. Е. Хаин, М. Г. Ломизе. — Москва : Издательство МГУ, 1995. — 480 с.

Доклад: В списке литературы приведены классические источники по общей геологии и геотектонике: учебники Короновского и Хаина, работа Монина по истории Земли, а также русский перевод книги самого Вегенера. Они позволят при необходимости углубиться в любой из затронутых вопросов.

Слайд 25. Спасибо за внимание!

Доклад: На этом доклад завершён. Мы рассмотрели строение Земли от коры до внутреннего ядра и разобрали, как теория литосферных плит объясняет облик планеты. Спасибо за внимание, готов ответить на вопросы.