Кіріспе

Жердің ішкі құрылымы – атмосфера мен гидросфераны ескермей, Жердің қабаттарынан тұрады. Бұл құрылым сыртқы кремнийлі қатты қабықтан, жоғары тұтқырлыққа ие астеносферадан және қатты мантиядан, Жердің магнит өрісін тудыратын сұйық сыртқы ядродан, сондай-ақ қатты ішкі ядродан құралған. Жердің ішкі құрылымын ғылыми тұрғыдан түсіну топография мен батиметрияны бақылау, тау жыныстарын қарастыру, жанартаулар немесе жанартаулық белсенділік арқылы терең қабаттардан жер бетіне көтерілген үлгілерді зерттеу, Жерден өтетін сейсмикалық толқындарды талдау, Жердің гравитациялық және магниттік өрістерін өлшеу, сондай-ақ Жердің терең ішкі бөлігіне тән қысым мен температурада кристаллды қатты денелермен тәжірибелер жүргізу негізінде қалыптасқан.

Жалпы қасиеттері

Жердің жоғарғы ішкі құрылымының химиялық құрамы (құралымдар пайыздық көрсеткішпен көрсетілген). Химиялық құрамы және басқаларыКонтиненттік қабықЖоғарғы мантияПиролит үлгісі Хондрит үлгісі (1) Хондрит үлгісі (2) MgO4.436.638.126.338.1Al2O315.84.64.62.73.9SiO259.145.445.129.843.2CaO6.43.73.12.63.9FeO 6.68.17.96.49.3басқа оксидтер7.71.41.2N/A5.5FeN/A N/AN/A25.8N/ANiN/A N/AN/A1.7N/ASiN/AN/AN/A3.5N/A "Ескертпе: Хондрит үлгісінде (1) ядродағы жеңіл элемент Si деп есептеледі. Хондрит үлгісі (2) – хондрит үлгісінде (1) көрсетілген ядро моделіне сәйкес келетін мантияның химиялық құрамының моделі."]] Жердің тартылыс күші арқылы оның массасын есептеуге болады. Астрономдар Жердің массасын орбитадағы спутниктердің қозғалысын бақылап да анықтай алады. Жердің орташа тығыздығын гравиметриялық тәжірибелер арқылы анықтауға болады, бұрыннан маятниктер қолданылып келген. Жердің массасы шамамен 6. Жердің орташа тығыздығы 5.515-ке тең.

Қабаттар

Жердің құрылымын екі тәсілмен сипаттауға болады: реология сияқты механикалық қасиеттері арқылы немесе химиялық құрамы бойынша. Механикалық тұрғыдан, ол литосфераға, астеносфераға, мезосфералық мантияға, сыртқы ядроға және ішкі ядроға бөлінеді. Химиялық тұрғыдан Жер қабыққа, жоғарғы мантияға, төменгі мантияға, сыртқы ядроға және ішкі ядроға бөлінеді.

Жер қыртысы мен литосфера

Жер қыртысы тереңдігі бойынша өзгереді және ең сыртқы қабаты болып табылады. Жұқа бөліктері мұхит қабығын құрайды, олар мұхит бассейндерінің астында (5–10 км) орналасқан және мафикалық минералдарға (тығыз темір-магнийлі кремнийлі минерал немесе магмалық тау жынысы) бай. Жер қыртысының қалың бөлігі – континенттік қабық, ол аз тығыздыққа және фелсикалық минералдарға (фельдшпат пен кварц құрайтын элементтерге бай магмалық тау жыныстар) бай. Жер қыртысының тау жыныстары екі негізгі санатқа бөлінеді: сиал (алюминий силикаты) және сима (магний силикаты). Сима Конрадтың үздіксіздігінен шамамен 11 км тереңдікте басталады деп есептеледі, бірақ бұл үздіксіздік әрқашан айқын болмайды және кейбір континенттік аймақтарда кездеспеуі мүмкін. Жердің литосферасы жер қыртысынан және жоғарғы мантиядан тұрады. Жер қыртысы мен мантияның шекарасы екі түрлі физикалық құбылыс ретінде көрінеді. Мохоровичич үздіксіздігі – сейсмикалық толқындардың жылдамдығындағы айқын өзгеріс. Бұл тау жыныстарының тығыздығының өзгеруіне байланысты. Мохо үздіксіздігінің үстіндегі жағындағы бастапқы сейсмикалық толқындардың (P толқыны) жылдамдығы базальттың жылдамдығымен (6,7–7,2 км/с) сәйкес келеді, ал төменгі жағында перидотит немесе дуниттің жылдамдығымен (7,6–8,6 км/с) ұқсас. Екіншіден, мұхит қабығында ультрамафикалық кумуляттар мен тектонизацияланған харцбургтер арасында химиялық үздіксіздік бар, ол мұхит қабығының терең бөліктерінен байқалады, олар континенттік қабыққа жылжып, офиолиттік тізбектер ретінде сақталады. Жер қыртысын құрайтын көптеген тау жыныстары 100 миллион жылдан кем бұрын пайда болған, бірақ ең көне минералдық түйірлердің жасы шамамен 4,4 миллиард жылға жетеді, бұл Жердің кем дегенде 4,4 миллиард жылдан бері қатты қабығы болғанын көрсетеді.

Негізгі

Жердің сыртқы қабығы – Жердің қатты ішкі қабығының үстінде және мантиясының астында орналасқан, негізінен темір мен никельден тұратын сұйық қабат. Оның биіктігі шамамен (яғни ең жоғары нүктеден ең төменгі нүктеге дейінгі арақашықтық) [Жер радиусының 36%, көлемінің 15,6%] шамасында. Сыртқы шекарасы Жер бетінен жатыр. Ішкі және сыртқы қабықтар арасындағы ауысу Жер бетінен шамамен орналасқан. Жердің ішкі қабығы – Жер планетасының ең ішкі геологиялық қабаты. Ол негізінен радиусы шамамен болатын қатты шар, бұл Жер радиусының шамамен 19% -ы [көлемінің 0,7% -ы] немесе Ай радиусының 70% -ы. Ішкі қабық 1936 жылы Инге Леманн ашқан. Бұл қабат қима толқындарын (көлденең сейсмикалық толқындарды) өткізе алатындықтан, ол қатты болуы керек. Эксперименттік деректер кейде қабықтың қазіргі кристалдық модельдерімен сәйкес келмейді. Басқа эксперименттік зерттеулер жоғары қысымда келесідей сәйкессіздіктерді көрсетеді: ядролық қысымдағы алмаздық (статикалық) зерттеулерде балқу температурасы шок-лазерлік (динамикалық) зерттеулерден шамамен 2000 К төмен болады. Лазерлік зерттеулер плазма жасайды, ал нәтижелер ішкі қабықтың қатты күйде немесе қатты тығыздықтағы плазма күйде болуын көрсетеді. Бұл – белсенді зерттеулер жүргізіліп жатқан сала. Жердің пайда болуының алғашқы кезеңдерінде, шамамен 4,6 миллиард жыл бұрын, балқу нәтижесінде тығыз заттар планеталық дифференциация процесінде (темір катастрофасын да қараңыз) ортаға қарай шөгіп, ал тығыздығы төмен материалдар қабыққа көшіп кеткен. Сондықтан ядроның негізінен темірден (80%), никельден және бір немесе бірнеше жеңіл элементтерден тұрады деп есептеледі, ал басқа тығыз элементтер, мысалы, қорғасын мен уран, өте сирек кездеседі немесе жеңіл элементтермен байланысады және сондықтан қабықта қалады (фельзиттерді қараңыз). Кейбіреулер ішкі қабықтың бір темір кристаллынан тұруы мүмкін деп санайды. Зертханалық жағдайда темір-никель қорытпасының үлгісі 2 алмаз ұшы (алмаз амуралы жасуша) арасында бекітіліп, шамамен 4000 К-қа дейін қыздырылды, соның нәтижесінде ядроға ұқсас қысымға ұшырады. Үлгі рентген сәулелерімен бақыланды, бұл Жердің ішкі қабығының солтүстіктен оңтүстікке дейін созылатын алып кристалдардан тұратындығын көрсетеді. Жердің құрамы кейбір хондрит метеориттеріне және тіпті Күннің сыртқы бөлігіндегі кейбір элементтерге ұқсас. 1940 жылдан бастап, Франсис Бирч сияқты ғалымдар Жердің қарапайым хондриттерге ұқсайтынын, ал хондриттер – Жерге түсетін метеориттердің ең көп таралған түрі екенін негізге ала отырып, геофизиканы дамытты. Бұл аз таралған энстатит хондриттерін ескермеді, олар өте шектеулі оттегі бар жағдайда пайда болды, нәтижесінде Жердің өзегіне сәйкес келетін қорытпа бөлігінде белгілі бір оксифилді элементтер ішінара немесе толығымен кездеседі. Динамо теориясы сыртқы қабықтағы конвекция Кориолис күшімен бірігіп Жердің магнит өрісін тудырады деп болжайды. Қатты ішкі қабық тұрақты магнит өрісін ұстауға тым ыстық (Кюри температурасын қараңыз), бірақ сұйық сыртқы қабықтың магнит өрісін тұрақтандыруға көмектеседі. Жердің сыртқы қабығындағы магнит өрісінің орташа күші Жер бетіндегі магнит өрісінен 50 есе күшті деп есептеледі.

Сейсмология

Жердің қабаттары жер сілкінісінен туындаған сынған және шағылысқан сейсмикалық толқындардың жүріс уақыты арқылы тікелей анықталмайды, бірақ осы деректерге сүйене отырып қорытындылар жасалады. Жер ядросы серпімді толқындардың өтуіне мүмкіндік бермейді, ал қалған қабаттарда толқындардың жүріс жылдамдығы (сейсмикалық жылдамдық) әртүрлі болады. Әртүрлі қабаттар арасындағы сейсмикалық жылдамдықтың өзгеруі Снелл заңына сәйкес, жарық призма арқылы өткенде бұрылатындай, сынға алып келеді. Сол сияқты, шағылыстар сейсмикалық жылдамдықтың күрт өсуінен туындайды және олар айнадан шағылысқан жарыққа ұқсас.