1. Жер құрылымы

1.1. Жердің ішкі құрылымы және физикалық қасиеттері

Жердің ішкі құрылымы – геофизикалық материалдарды зерттеу нәтижесінде анықталған (сейсмикалық толқындардың қозғалысына байланысты).

1. Жер қабығы – ең терең аймағы 70 км.

2. Мантия – жер қабығының төменгі шекарасынан 2900 км тереңдікке созылып жатыр.

3. Ядро – мантияның сыртқы шекарасынан , 6371 км созылып жатыр.

Жер қабығымен мантия ортасындағы шекара Мохорович шекарасы (мохо), ал мантия мен ядро арасындағы шекара Гутенберг шекарасы деп аталады. Жердің ядросы екі қабатқа бөлінеді. Сыртқы ядро (5120 км-ден 2900 км-ге дейінгі тереңдікте) сұйық зат, өйткені көлденең толқындар оған енбейді, ал бойлық толқындардың жылдамдығы 8 км/с дейін төмендейді («жер сілкінісі» бөлімін қараңыз). Ішкі ядро (тереңдігі 6371 км-ден 5120 км-ге дейін), мұндағы материя қатты күйде (бойлық толқындардың жылдамдығы 11 км/с және одан да көп өседі). Негізгі құрамда кремний мен күкірт қоспасы бар темір-никель балқымасы басым. Өзектегі заттың тығыздығы 13 г/см3 жетеді.

Мантия екіге бөлінеді: жоғарғы және төменгі. Жоғарғы мантия үш қабаттан тұрады және 800-900 км тереңдікке сүңгиді. Қалыңдығы 50 км-ге дейінгі жоғарғы қабат қатты және сынғыш кристалды материалдан тұрады (бойлық толқын жылдамдығы 8,5 км/с және одан да көп). Ол жер қыртысымен бірге литосфераны – жердің жартасты қабығын құрайды. Ортаңғы қабат – астеносфера (шығарушы қабық) заттың аморфты шыны тәрізді күйімен сипатталады, ал ішінара (10%) балқыған-вископластикалық күйге ие (бұл сейсмикалық толқын жылдамдығының күрт төмендеуімен дәлелденеді). Ортаңғы қабаттың қалыңдығы шамамен 100 км. Астеносфера әртүрлі тереңдікте жатыр. Литосфераның қалыңдығы ең аз болатын орта мұхит жоталарының астында астеносфера бірнеше километр тереңдікте жатыр. Мұхиттардың шетінде литосфераның қалыңдығы ұлғайған сайын астеносфера 60-80 км-ге дейін төмендейді. Материктердің астында шамамен 200 км тереңдікте жатыр, ал континенттік жарықтар астында қайтадан 10-25 км тереңдікке көтеріледі. Жоғарғы мантияның төменгі қабаты (голицин қабаты) кейде өтпелі қабат ретінде немесе тәуелсіз бөлік – ортаңғы мантия ретінде ажыратылады. Ол 800-900 км тереңдікке түседі, мұндағы зат қатты кристалды (бойлық толқын жылдамдығы 9 км/с-қа дейін).

Төменгі мантия 2900 км-ге дейін созылып, қатты кристалды заттардан тұрады (бойлық толқындардың жылдамдығы 13,5 км/с дейін өседі). Мантияның құрамында оливин мен пироксен басым, оның төменгі бөлігіндегі тығыздығы 5,8 г/куб.см жетеді.

Жер қыртысы. Ол екі негізгі типке (континенттік және мұхиттық) және екі өтпелі типке (субконтиненттік және субокеандық) бөлінеді. Жер қыртысы өзінің құрылымы тығыздығымен ерекшеленеді.

Континенттік жер қыртысы. Материктер мен шельф белдеулерінде таралған континенттік қыртыстың қалыңдығы платформалық аудандарда 30–40 км, биік таулы жерлерде 70 км-ге дейін жетеді. Оның төменгі қабаты базальт (негізгі қабаты магний және темірмен байытылған), ауыр жыныстардан тұрады, қалыңдығы - 15-тен 40 км-ге дейін. Жоғарыда қалыңдығы 10-нан 30 км-ге дейін жеңілірек жыныстардан (сиаликалық - кремниймен және алюминиймен байытылған) тұратын гранитті-гнейс қабаты жатыр. Бұл қабаттардың үстінде қалыңдығы 0-ден 15 км-ге дейінгі шөгінді қабат жабылуы мүмкін. Сейсмикалық мәліметтер бойынша анықталған базальт және гранит гнейс қабаттары арасындағы шекара (конрад шекарасы) әрқашан анық көрінбейді.

Мұхиттық жер қыртысы қалыңдығы 6-8 км болатын жер қыртысы да үш қабатты құрылымға ие. Төменгі қабаты ауыр базальт, қалыңдығы 4-6 км-ге дейін жетеді. Қалыңдығы шамамен 1 км болатын ортаңғы қабат тығыз шөгінді жыныстардың қабат аралық қабаттарынан және базальт лаваларынан тұрады. Жоғарғы қабаты қалыңдығы 0,7 км-ге жететін борпылдақ шөгінді жыныстардан тұрады.

Субконтиненттік жер қыртысы. Құрылымы континенттікке жақын жер қыртысы шеткі және ішкі теңіздердің шеткі бөлігінде (континенттік беткейлер мен тау етегіндегі аймақтарда) және арал доғаларының астында болады және күрт төмендеген қалыңдығымен (0 м-ге дейін) сипатталады. Шөгінді қабатының. Шөгінді қабат қалыңдығының бұлай төмендеуінің себебі – жинақталған шөгінділердің сырғанауына ықпал ететін бетінің үлкен еңісі. Бұл типтегі ядролардың қалыңдығы 25 км-ге дейін, оның ішінде базальт қабаты 15 км-ге дейін, гранитті гнейс қабаты 10 км-ге дейін; конрад шекарасы нашар анықталған.

Субмұхиттық жер қыртысы. Құрылымы жағынан мұхиттық қыртысқа ұқсас жер қыртысы ішкі және шеткі теңіздердің терең теңіз бөліктерінде және мұхиттың терең шұңқырларында дамыған. Ол шөгінді қабат қалыңдығының күрт өсуімен және гранит-гнейс қабатының болмауымен ерекшеленеді. Шөгінді қабаттың өте жоғары қалыңдығы бетінің өте төмен гипсометриялық деңгейімен түсіндіріледі – ауырлық күшінің әсерінен мұнда шөгінді жыныстардың алып қабаттары жиналады. Мұхит асты қыртысының жалпы қалыңдығы да 25 км-ге жетеді, оның ішінде базальт қабаты 10 км-ге дейін және шөгінді қабаты 15 км-ге дейін жетеді. Бұл жағдайда тығыз шөгінді және базальтты жыныстар қабатының қалыңдығы 5 км-ге жетуі мүмкін.

Жердің тығыздығы және қысым тереңдеген сайын өзгереді. Жердің орташа тығыздығы 5,52 г/текше см-ге тең. Жер қыртысындағы тау жыныстарының тығыздығы 2,4-3,0 г/текше см (орташа - 2,8 г/текше см). Мохо деңгейінің төменгі шекарасының жоғарғы мантиядағы тығыздығы 3,4 г/текше см-ге жақындайды. 2900 км тереңдікте 5,8 г/текше см-ге жетеді, ал ішкі өзекте 13 г/текше см-ге дейін. Берілген мәліметтер бойынша 40 км тереңдікте қысым МПа, Гутенберг шекарасында 137*МПа, жердің орталығында 361* МПа қысымды құрайды. Планетаның бетіндегі ауырлық күшінің үдеуі 982 см/, 2900 км тереңдікте максимум 1037 см/ жетеді және Жердің орталығында кіші мәнге (нөлге) тең болады.

Магниттік өріс. Ол Жер планетасының тәуліктік айналуы кезінде пайда болатын сыртқы ядроның сұйық затының конвекциялық қозғалыстарынан туындайды. Магниттік ауытқуларды зерттеу (магниттік өріс кернеулігінің өзгеруі) темір кенінің кен орындарын іздеуде кеңінен қолданылады.

Жердің жылу қасиеттері. Жер планетасының ішінен таралатын күн радиациясы мен жылу ағынынан пайда болады. Күн жылуының әсері 30 м-ден аспайды. Осы шектерде белгілі бір тереңдікте ауданның орташа жылдық ауа температурасына тең тұрақты температура аймағы бар. Бұл аймақта тереңірек температура жердің жылу ағынының әсерінен бірте-бірте көтеріледі. Жылу ағынының қарқындылығы жер қыртысының құрылымына және эндогендік процестердің белсенділік дәрежесіне байланысты. Орташа планеталық жылу ағыны 1,5 мккал/*с, қалқандарда шамамен 0,6-1,0 мккал/*с, тауларда 4,0 мккал/*с дейін, мұхит ортасындағы рифттерде 8,0 мккал/*с мәніне тең. Жердің ішкі жылуын құрайды: радиоактивті элементтердің ыдырау энергиясы, заттардың химиялық ыдырауы, мантия мен ядродағы заттардың гравитациялық қайта бөлінуі нытижесінде геотермиялық градиент қалыптасады. Геотермиялық градиент – бірлік тереңдіктегі температураның өсу шамасы, ол тереңдеген сайын температураның 1°с көтерілуі жүреді. Ең жоғары градиент мәндері литосфераның жылжымалы аймақтарында, ал ең азы ежелгі континенттік массивтерде байқалады. Орташа алғанда, жер қыртысының жоғарғы бөлігінің геотермиялық градиенті 1 км-ге шамамен 30°С, ал геотермиялық қадам шамамен 33 м. Тереңдік артқан сайын геотермиялық градиент төмендейді және геотермиялық қадам артады деп есептеледі. Ядро құрамында темірдің басым болуы туралы болжам негізінде оның әртүрлі тереңдіктегі балқу температурасы (қысымның қалыпты өсуін ескере отырып) есептелді: мантия мен ядроның шекарасында температура 3700°С, ал ішкі және сыртқы ядроның шекарасында ол 4300°С-қа тең.

Жердің химиялық құрамы. Зерттелетін метеориттердің орташа химиялық құрамына жақын деп саналады. Ғалымдар метеориттерді мыналардан тұрады деп болжайды: темір, сидеролиттер, аэролиттер. Мысалы, темір (кобальт пен фосфор қоспасы бар никельді темір) анықталғандардың 5,6% құраса, сидеролиттер – темір мен силикаттар қоспасы сирек кездеседі, ал олар осы уақытқа дейін белгілі метеориттердің 1,3%-ын ғана құрайды екен. Еең көп тарағандары тасты метеориттер (аэролиттер - темірдің силикаттарымен және никель темірінің қоспасымен магниймен байытылған) алатын құрамы 92,7%.

Осылайша, жоғарыда көріп отырғанымыздай, Жердің орташа химиялық құрамында төрт элемент басым: оттегі мен темірдің әрқайсысында шамамен 30%, магний мен кремнийдің әрқайсысында 15% болады, шамамен 2-4% күкіртке тиесілі болса, никель, кальций және алюминийдің үлесіне әрқайсысы 2% көрсеткіш сай келеді.