Как устроена Земля внутри

Мы можем увидеть горы, почву, моря и океаны, но почти вся Земля скрыта от наших глаз. Даже самые глубокие скважины проникли лишь в очень небольшую часть планеты. Поэтому учёные изучают недра не только бурением, но и по тому, как через Землю проходят волны от землетрясений, а также по свойствам горных пород, магнитному полю и другим данным.

Для школьного объяснения Землю удобно представить как шар, состоящий из нескольких оболочек. От поверхности к центру идут земная кора, мантия, внешнее ядро и внутреннее ядро. Эти слои различаются составом, состоянием вещества, плотностью и температурой.

Земная кора — тонкая наружная оболочка

Кора — тот слой, на котором мы живём. На ней находятся материки и океанические впадины. Если сравнить Землю с яблоком, кора будет похожа на очень тонкую кожицу по сравнению со всей планетой.

Толщина коры неодинакова. Под океанами она обычно тоньше, чем под материками. В учебных материалах NASA для детей приводится простой ориентир: океаническая кора может иметь толщину около 5 километров, а средняя толщина континентальной коры — около 30 километров. В отдельных районах значения отличаются.

Кора не является одним неподвижным куском

Кора вместе с самой верхней твёрдой частью мантии образует литосферу. Она разделена на литосферные плиты. Эти плиты медленно перемещаются. Их движение связано с землетрясениями, образованием гор, океанических хребтов и деятельностью многих вулканов.

Мантия — самый мощный слой Земли

Под корой начинается мантия. Она простирается примерно до глубины 2 900 километров и составляет большую часть объёма планеты. Иногда мантию ошибочно представляют как огромный океан жидкой лавы. На самом деле она в основном состоит из твёрдых горячих горных пород.

Почему же тогда говорят о движении вещества в мантии? При огромных температурах и давлениях твёрдые породы на протяжении тысяч и миллионов лет могут очень медленно деформироваться. Их поведение в таких масштабах времени отличается от поведения холодного камня, который мы держим в руке.

Откуда берётся магма

Магма возникает не потому, что вся мантия расплавлена. В некоторых областях часть пород может плавиться из-за изменения давления, температуры или состава. Получившийся расплав способен подниматься вверх. Если он достигает поверхности, происходит вулканическое извержение.

Внешнее ядро — слой жидкого металла

Ниже мантии находится внешнее ядро. Оно состоит главным образом из железа и никеля и находится в жидком состоянии. Движение электропроводящего вещества во внешнем ядре связано с возникновением магнитного поля Земли.

Магнитное поле очень важно для нашей планеты. Оно влияет на движение заряженных частиц вокруг Земли и помогает отклонять значительную часть частиц солнечного ветра. Компас тоже работает благодаря магнитному полю: его стрелка ориентируется приблизительно вдоль направления магнитных силовых линий.

Внутреннее ядро — твёрдый центр планеты

В самом центре располагается внутреннее ядро, также богатое железом и никелем. Несмотря на очень высокую температуру, оно твёрдое. Причина — огромное давление в центре Земли, которое не позволяет веществу вести себя так же, как при обычных условиях на поверхности.

Получается интересное сочетание: внешнее ядро жидкое, а расположенное глубже внутреннее — твёрдое. Это хороший пример того, почему состояние вещества зависит не только от температуры, но и от давления.

Как учёные узнали о слоях, если не добрались до ядра

Главную подсказку дают сейсмические волны — колебания, возникающие при землетрясениях. Они проходят через внутренние области планеты. Разные типы волн движутся с разной скоростью и по-разному ведут себя в твёрдом и жидком веществе.

Сейсмические станции по всему миру записывают, когда и какие волны приходят после землетрясения. Сравнивая эти записи, учёные видят, что внутри Земли есть границы, на которых скорость и направление волн меняются. Так удалось сделать вывод о существовании коры, мантии и ядра, а также о жидком состоянии внешнего ядра.

Какие ещё методы помогают исследовать недра

• Изучение горных пород. Некоторые породы поднимаются с большой глубины вместе с магмой.
• Измерение силы тяжести. Небольшие изменения помогают судить о распределении вещества внутри Земли.
• Исследование магнитного поля. Оно даёт сведения о процессах в металлическом ядре.
• Лабораторные опыты. Учёные создают высокие давления и температуры, чтобы понять поведение минералов в глубине.
• Компьютерные модели. Они позволяют проверить, согласуются ли предполагаемые свойства недр с наблюдениями.

Почему внутри Земли горячо

Земля хранит часть тепла со времени своего образования. Кроме того, внутри неё продолжается распад некоторых радиоактивных элементов, при котором выделяется тепло. Оно очень медленно передаётся к поверхности. Это внутреннее тепло участвует в процессах, связанных с движением вещества в мантии и тектоникой плит.

Чем глубже, тем в целом горячее, но температура растёт не по одной простой прямой на всём пути к центру. У разных слоёв свои условия давления, состава и теплопередачи, поэтому точная картина сложнее школьной схемы.

Почему слои Земли нельзя сравнить с пустыми оболочками

Когда на рисунке кору, мантию и ядро показывают разными цветами, может показаться, будто между ними есть зазоры. На самом деле Земля заполнена веществом непрерывно. Границы слоёв означают, что на определённой глубине заметно меняются свойства вещества. Например, резко изменяется скорость сейсмических волн или их способность проходить дальше.

Такие схемы специально упрощены, чтобы было легче понять устройство планеты. В настоящей Земле есть дополнительные переходные зоны и более мелкие подразделения, которые изучают геофизики.

Зачем школьнику знать внутреннее устройство Земли

Связь слоёв Земли помогает объединить сразу несколько тем окружающего мира. Движение литосферных плит объясняет многие землетрясения и образование гор. Частичное плавление пород связано с вулканизмом. Движение жидкого металлического внешнего ядра связано с магнитным полем. Значит, процессы, которые мы наблюдаем на поверхности, во многом зависят от того, что происходит глубоко внутри планеты.

Краткий план доклада

1. Почему недра Земли нельзя увидеть напрямую.
2. Земная кора и литосферные плиты.
3. Мантия и медленное движение горячих пород.
4. Жидкое внешнее ядро.
5. Твёрдое внутреннее ядро.
6. Как сейсмические волны помогают изучать глубины.
7. Как внутреннее строение связано с явлениями на поверхности.

Вывод

Внутри Земля устроена сложнее, чем кажется по её поверхности. Снаружи находится тонкая кора, под ней лежит мощная мантия, затем жидкое внешнее ядро и твёрдое внутреннее ядро. Люди не могут добраться до центра планеты, но сейсмические волны и другие научные методы позволяют достаточно подробно изучать её скрытые слои. Понимание внутреннего строения помогает объяснить землетрясения, вулканы, движение плит и магнитное поле Земли.