Witaj, Gość
Główna » Artykuły » Moje artykuły

BUDOWA WNĘTRZA ZIEMI

Budowa wnętrza Ziemi

Najgłębsze wiercenia geologiczne sięgają 12–13 km. Promień naszej planety ma średnio 6371 km, co oznacza, że przewiercono do tej pory mniej niż 0,2% drogi do środka Ziemi i pozostało jeszcze ponad 99,8%. Pomimo tego i tak dużo wiemy o wewnętrznej budowie naszego globu.

Na czarnym tle kula ziemska. Widoczne wody w kolorze granatowym i warstwa chmur. Wycięty duży fragment kuli. Wewnątrz widać 3 warstwy i świecący środek. Kolory warstw pomarańczowe. Najciemniejsza na zewnątrz. Bliżej środka jaśniejsze. Wewnątrz wycinka najjaśniejszym kolorem zaznaczono jądro Ziemi.

Na wewnętrzną budowę Ziemi składa się kilka różniących się od siebie pod względem fizycznym i chemicznym warstw

Już wiesz

  • jakie są rozmiary Ziemi;

  • z jakich sfer składa się Ziemia;

  • co to jest litosfera.

Nauczysz się

  • opisywać metody badania wnętrza Ziemi;

  • odczytywać schemat budowy Ziemi;

  • rozróżniać niektóre skały i minerały;

  • określać znaczenie surowców mineralnych.

1. Skąd czerpiemy wiedzę o budowie Ziemi?

Trudno dokładnie opisać budowę wnętrza Ziemi i kształtujące ją procesy. Zajmuje się tym nauka zwana geologią. Wiercenia, zwłaszcza te najgłębsze, dają nam mnóstwo informacji, ale tylko o budowie górnej części skorupy ziemskiej. Pozwalają wydobyć skały i zbadać je oraz zmierzyć ciśnienie i temperaturę panujące poniżej powierzchni Ziemi. Niemało wiadomości dostarczają też głębinowe kopalnie i naturalne odkrywki skał. Jednak ze względu na szybko rosnące ciśnienie i temperaturę trudno wykonać znacznie głębsze odwierty i szyby kopalniane. Do zbadania głębiej leżących skał i jeszcze głębszych warstw Ziemi nie wystarczą jednak tradycyjne metody geologiczne. Dyscypliną, która do badania Ziemi wykorzystuje metody stosowane w fizyce, jest geofizyka. Najwięcej danych geofizycy uzyskują na podstawie analizy przebiegu fal sejsmicznych powstających w wyniku naturalnych wstrząsów wywołanych trzęsieniami ziemi, a czasem specjalnie (w celach badawczych) przeprowadzanych wybuchów lub stosowania maszyn wytwarzających silne wibracje.

Fale sejsmiczne, przechodząc przez skały o różnej gęstości i innych właściwościach fizycznych, mogą zwalniać, przyspieszać, odbijać się, załamywać lub nawet zanikać. Analiza tych zmian pozwala wnioskować o strukturze wnętrza Ziemi. Na podstawie badań udało się stwierdzić, że nasza planeta najprawdopodobniej jest zbudowana z kilku warstw o odmiennym składzie chemicznym i różnych właściwościach fizycznych.
Wraz z głębokością wzrasta temperatura i ciśnienie. W górnych warstwach skorupy ziemskiej wraz ze wzrostem głębokości o 33 m temperatura wzrasta o 1°C, co określa się mianem stopnia geotermicznego. Podana tu wartość jest średnia i w zależności od budowy geologicznej temperatura może miejscami rosnąć znacznie szybciej lub wolniej.
Ważnych informacji o budowie Ziemi dostarczają także badania wieku względnego i bezwzględnego skał.

Kula ziemska. Lądy zielone, wody niebieskie. Z przodu u góry w poziomie wycięty duży fragment kuli - jedna czwarta. Wewnątrz widać 3 warstwy i czerwone jądro. Warstwy szara, żółta i jasnoczerwona. Z lewej strony w samym rogu wycinka na powierzchni Ziemi czarnym punktem zaznaczono ognisko trzęsienia ziemi. W kierunku środka promieniście odchodzą od niego czarne strzałki. Strzałki to fale sejsmiczne. Fale docierają do zewnętrznej warstwy. Przechodząc przez granice warstw, fale sejsmiczne ulegają załamaniu.

Silne trzęsienia ziemi generują fale sejsmiczne. Ich odczyt w różnych miejscach na powierzchni Ziemi oraz analiza pozwalają na określenie, z jakich warstw zbudowane jest wnętrze naszej planety

Na prostokątnej ilustracji poziome pofalowane warstwy Ziemi. Pięć warstw w kolorach zielonkawych, pomarańczowych i brązowych. Granice między warstwami to białe linie. Po powierzchni (pierwszej warstwie) jadą dwa niebieskie specjalistyczne pojazdy. Pierwszy powoduje powstawanie fal sejsmicznych w głębi ziemi. Fale przedstawione są jako żółte kreski, które sięgają do granic między warstwami. Na granicy warstw fale ulegają odbiciu. Odbite fale wracają na powierzchnię Ziemi, po której jedzie drugi pojazd. Fale odczytywane są przez jego czujniki.

Do poznania warstw skalnych Ziemi położonych stosunkowo płytko (kilka do kilkunastu kilometrów) stosuje się badanie sztucznie wytworzonych fal sejsmicznych

Polecenie 1

W dostępnych źródłach poszukaj informacji o silnych trzęsieniach ziemi. Dowiedz się również, w jakiej odległości od obszaru objętego trzęsieniem ziemi możliwe było zarejestrowanie wówczas fal sejsmicznych.

Ważne!

W naukach o Ziemi stosuje się zasadę aktualizmu geologicznego. Według jej założeń czynniki oraz procesy chemiczne i fizyczne wpływające na skorupę ziemską w przeszłości były takie same lub w znaczącym stopniu zbliżone do występujących obecnie, co pozwala na podstawie współczesnych obserwacji określać przebieg dawnych procesów geologicznych.

2. Warstwy tworzące Ziemię

W wyniku badań geologicznych stwierdzono, że nasza planeta składa się z następujących warstw (licząc od powierzchni):

  • skorupa ziemska – najbardziej zróżnicowana warstwa o grubości od kilku kilometrów pod oceanami do kilkudziesięciu kilometrów w obrębie kontynentów; skorupa kontynentalna zbudowana jest z grubej warstwy granitów i innych głębinowych skał magmowych przykrytych skałami osadowymi i zalega na cienkiej warstwie bazaltów; skorupa oceaniczna to głównie bazalty przykrywane stopniowo skałami osadowymi; skorupę ziemską od niżej położonych warstw Ziemi oddziela powierzchnia, na której wyraźnie zmienia się przebieg fal sejsmicznych; jest ona nazywana powierzchnią nieciągłości Moho (od nazwiska chorwackiego geofizyka A. Mohorovičića);

  • płaszcz ziemski – warstwa poniżej skorupy ziemskiej o grubości 2,8‑2,9 tys. km i temperaturze wzrastającej stopniowo do 4,5‑5 tys. stopni Celsjusza; skały najwyższej części płaszcza są sztywne, ale głębiej przechodzą w stan półpłynny; płaszcz zwykle dzielony jest na stykający się ze skorupą płaszcz zewnętrzny (górny) oraz położone niżej warstwy płaszcza wewnętrznego (dolnego);

  • jądro Ziemi – poniżej dolnej granicy płaszcza, czyli od głębokości 2,9 tys. km aż do środka naszej planety, znajdują się warstwy nazywane jądrem Ziemi, którego promień wynosi ok. 3,5 tys. km, a temperatura sięga 6 tys. stopni Celsjusza; na skutek bardzo wysokiego ciśnienia wewnętrzna część jądra (nazywana jądrem wewnętrznym) jest ciałem stałym, skrystalizowanym; pozostała część (tzw. jądro zewnętrzne) jest prawdopodobnie w stanie ciekłym; kolejne warstwy od sąsiednich oddzielają powierzchnie nieciągłości.

Skorupa ziemska wraz ze sztywną (skalną) górną częścią płaszcza tworzy litosferę. Ma ona grubość od kilku km pod grzbietami śródoceanicznymi do ok. 120 km pod lądami i dzieli się na olbrzymie bloki zwane płytami litosfery.

Na czarnym tle kula ziemska. Widoczne wody w kolorze granatowym, zarysy kontynentów i warstwa chmur. Wycięty duży fragment kuli. Wewnątrz widać 3 warstwy i świecący środek. Kolory warstw pomarańczowe. Najciemniejsza na zewnątrz. Bliżej środka jaśniejsze. Wewnątrz wycinka najjaśniejszym kolorem zaznaczono jądro Ziemi. Z prawej strony opisano nazwy warstw. Podano ich grubości w kilometrach. Podano temperaturę jaka panuje w każdej warstwie i jądrze.

Poszczególne warstwy Ziemi i temperatura w nich panująca

Polecenie 2

Przeanalizuj schemat budowy wnętrza Ziemi i oceń, do jakiej głębokości istnieją warunki sprzyjające istotom żywym.

Ciekawostka

Średnica jądra Ziemi jest większa od średnicy Merkurego, a nawet Marsa!

Ważne!

W trakcie przesuwania się do wnętrza Ziemi wraz ze zwiększającą się głębokością rośnie ciśnienie. Oczywiście nie mamy możliwości go zmierzyć, ale ocenia się, że na głębokości ok. 1,8‑2,2 tys. km ciśnienie może być już prawie milion razy większe niż ciśnienie atmosferyczne, a w samym środku nawet 3,5‑4 mln razy większe.

Na ilustracji narysowano wykres. Zaznaczono wzrost temperatury i ciśnienia wraz z głębokością we wnętrzu Ziemi. Z lewej strony jest podziałka z głębokością w kilometrach od zera na górze wykresu do sześciu tysięcy trzystu siedemdziesięciu na dole wykresu. Korowymi pasami oznaczono poszczególne warstwy Ziemi od skorupy ziemskiej na górze po jądro wewnętrzne na samym dole. Na dole wykresu w poziomie jest czerwona podziałka z temperaturą w stopniach Celsjusza. Od zera do sześciu tysięcy stopni. Pod nią jest niebieska podziałka z wartościami ciśnienia. Od zera do czterystu gigapaskali. Wykres dla temperatury jest czerwoną linią. Temperatura rośnie do sześciu tysięcy stopni Celsjusza wraz ze wzrostem głębokości. Wykres dla ciśnienia jest niebieską linią. Ciśnienie rośnie do czterystu gigapaskali wraz ze spadkiem głębokości.

Ciśnienie i temperatura we wnętrzu Ziemi zmieniają się wraz z głębokością. 1GPa = 10 000 000 hPa, dla porównania przeciętnie ciśnienie atmosferyczne wynosi ok. 1000 hPa

3. Minerały i skały skorupy ziemskiej

Najmniejsze naturalne, niepodzielne składniki skorupy ziemskiej, utworzone w wyniku naturalnych procesów geologicznych, nazwane zostały minerałami. Każdy z nich ma charakterystyczne właściwości fizyczne i chemiczne. Większość minerałów posiada także specyficzną budowę krystaliczną. Znanych jest ponad 3 tys. minerałów. Najliczniej w litosferze występują: plagioklazy, ortoklazy, pirokseny i amfibole, kwarc, magnetyt, mika oraz kalcyt.

Na zdjęciu minerał. Jest to labradoryt. Ma kształt równego prostokątnego kamienia. Jest przekrojony, widać wnętrze. Na zewnątrz brązowy, matowy, szorstki. Wewnątrz szklisty. Z lewej strony ciemnoniebieski, z prawej strony jaśniejszy. Widać spękania, czarne kreski.

Labradoryt – minerał z grupy plagioklazów

Na zdjęciu minerał. Kolor brązowy.Jest to ortoklaz. Tworzy kryształy w kształcie słupków.

Ortoklaz

Na zdjęciu minerał. To diopsyd. Kryształy o pokroju słupkowym. Na pierwszym planie drobniejsze brązowe szkliste. Na drugim planie większe białe półprzezroczyste.

Diopsyd – minerał z grupy piroksenów

Na zdjęciu minerał. Jest to tremolit. Tworzy kryształy igiełkowe i włoskowe. Jest biały, miejscami przezroczysty.

Tremolit – minerał z grupy amfiboli

Na zdjęciu minerał. Jest to kwarc. Jest przezroczysty, bezbarwny. Kryształy w postaci sześciobocznych słupów.

Kwarc

Na zdjęciu minerał. Jest to magnetyt. Jego kryształy mają formę ośmiościanów. Kolor szary, metaliczny.

Magnetyt

Na zdjęciu minerał. Jest to mika. Tabliczkowe kryształy o przekroju sześciokąta. Tworzy blaszkowe zbite skupienia. Kolor brunatny, srebrzysty. Połyskuje.

Mika

Na zdjęciu minerał. Jest to kalcyt. Tworzy kryształy w kształcie słupków. Jest przezroczysty. Kolor biały, żółty i pomarańczowy.

Kalcyt

Naturalne skupiska jednego lub wielu minerałów, powstałe w wyniku określonych procesów geologicznych (magmatyzmu, metamorfizmu, sedymentacji i innych) tworzą skały będące podstawowym składnikiem skorupy ziemskiej. Skałami nazywamy też naturalne nagromadzenia okruchów innych skał lub szczątków pochodzenia organicznego. Niektóre z nich znalazły zastosowanie w energetyce, innych gałęziach przemysłu, a także w budownictwie, dzięki czemu nazwano je surowcami mineralnymi.
Skały powstają w wyniku rozmaitych procesów, których podział wraz z przykładami został przedstawiony w tabeli poniżej.

Podział skał ze względu na ich genezę
Grupy skał wyróżnione 
ze względu na proces skałotwórczy
Grupy skał wyróżnione 
ze względu na warunki ich powstawania
Przykłady skał
SKAŁY MAGMOWE 
Krystalizacja magmy lub lawy
skały magmowe głębinowe (o budowie jawnokrystalicznej) granit
sjenit
skały magmowe wylewne (o budowie skrytokrystalicznej) bazalt
andezyt
SKAŁY OSADOWE 
Osadzanie się na lądzie lub na dnie zbiorników wodnych szczątków organizmów, rozkruszonych bądź rozpuszczonych innych skał
skały osadowe okruchowe piasek
zlepieniec
skały osadowe pochodzenia organicznego wapień
węgiel kamienny
skały osadowe pochodzenia chemicznego sól kamienna
gips
SKAŁY METAMORFICZNE 
Przeobrażanie w głębi Ziemi pod wpływem wysokiego ciśnienia i temperatury wcześniej istniejących skał
skały metamorfizmu regionalnego – powstają na wielkich obszarach (nawet tysięcy km²), z największej ilości rodzajów skał wyjściowych gnejs
łupek serycytowy
skały metamorfizmu kontaktowego – powstają na styku magmy wdzierającej się w skały powstałe wcześniej marmur
kwarcyt

Skały, które tworzą skorupę ziemską, można podzielić także ze względu na ich spoistość, czyli stopień powiązania poszczególnych jej składników mineralnych. Wyróżniamy wówczas trzy grupy:

  • skały lite – ich ziarna są ze sobą silnie zespolone (np. granit, piaskowiec, marmur);

  • skały zwięzłe – ich ziarna są ze sobą mocno powiązane ze względu na silne rozdrobnienie na maleńkie drobiny i ich sprasowanie (np. glina, ił);

  • skały luźne – ich ziarna nie są ze sobą związane (np. piasek, żwir).

Polecenie 3

Wymień kilka przykładów skał, które występują naturalnie w miejscu twojego zamieszkania.

Polecenie 4

Wyjaśnij, dlaczego niektóre skały znalazły zastosowanie w gospodarce i do czego się je wykorzystuje. Wymień kilka spośród nich.

Ciekawostka

Niektóre kryształy rzadkich minerałów lub skały mają szczególne walory. Są bardzo cenne lub bardzo efektowne, dlatego zyskały mało precyzyjne określenie kamieni szlachetnych. Wykorzystuje się je między innymi do wyrobu biżuterii i przedmiotów ozdobnych.

Na zdjęciu przezroczysty bezbarwny minerał. To oszlifowany diament. Kształtu stożkowego wycinka kuli, pozbawionego jego najbardziej wierzchniej części. Czarne tło.

Brylant to oszlifowany kryształ najtwardszego z minerałów – diamentu, który jest czystym węglem

Podsumowanie

  • Wnętrze Ziemi możemy poznawać tylko pośrednio, ponieważ ze względu na wysokie ciśnienie i wysoką temperaturę nie ma możliwości przeprowadzania bezpośrednich badań.

  • Ziemia zbudowana jest z leżącego w środku jądra, otaczającego go płaszcza i cienkiej warstwy skorupy ziemskiej na zewnątrz.

  • Minerały są najmniejszymi naturalnymi składnikami skorupy ziemskiej.

  • Skały są naturalnymi skupiskami minerałów, okruchów skalnych lub substancji pochodzenia organicznego.

  • Niektóre skały znalazły praktyczne zastosowania i są wydobywane jako surowce mineralne.

Kategoria: Moje artykuły | Dodał: kolo (2019-03-20)
Wyświetleń: 44 | Rating: 0.0/0
Liczba wszystkich komentarzy: 0
Imię *:
Email *:
Kod *:
Kategorie sekcji
Mini-czat
Statystyki

Ogółem online: 1
Gości: 1
Użytkowników: 0
Formularz logowania
 Statystyki