Toplina zemlje. Zemljina kora

Postoje dva glavna tipa zemljine kore: okeanska i kontinentalna. Postoji i prelazni tip zemljine kore.

Okeanska kora. Debljina okeanske kore u modernoj geološkoj epohi kreće se od 5 do 10 km. Sastoji se od sljedeća tri sloja:

• 1) gornji tanak sloj morskih sedimenata (debljine ne više od 1 km);
• 2) srednji bazaltni sloj (debljine od 1,0 do 2,5 km);
• 3) donji sloj gabra (debljine oko 5 km).

Kontinentalna (kontinentalna) kora. Kontinentalna kora ima složeniju strukturu i veću debljinu od okeanske kore. Prosječna debljina mu je 35-45 km, au planinskim zemljama naraste do 70 km. Takođe se sastoji od tri sloja, ali se značajno razlikuje od okeana:

• 1) donji sloj sastavljen od bazalta (debljine oko 20 km);
• 2) srednji sloj zauzima glavnu debljinu kontinentalne kore i uslovno se naziva granit. Sastoji se uglavnom od granita i gnajsa. Ovaj sloj se ne proteže ispod okeana;
• 3) gornji sloj je sedimentan. Prosječna debljina mu je oko 3 km. U nekim područjima, debljina padavina doseže 10 km (na primjer, u Kaspijskoj niziji). U nekim dijelovima Zemlje, sedimentni sloj je potpuno odsutan i granitni sloj izlazi na površinu. Takva područja se nazivaju štitovi (npr. Ukrajinski štit, Baltički štit).

Na kontinentima, kao rezultat trošenja stijena, formira se geološka formacija, nazvana kora trošenja.

Granitni sloj je odvojen od bazaltnog sloja Konradovom površinom, na kojoj se brzina seizmičkih valova povećava sa 6,4 na 7,6 km/sec.

Granica između zemljine kore i omotača (i na kontinentima i na okeanima) ide duž Mohorovičičeve površine (Moho linija). Brzina seizmičkih talasa na njemu skače do 8 km/h.

Pored dva glavna tipa - okeanskog i kontinentalnog - postoje i područja mješovitog (prijelaznog) tipa.

Na kontinentalnim plićacima ili policama kora je debela oko 25 km i općenito je slična kontinentalnoj kori. Međutim, sloj bazalta može ispasti u njemu. U istočnoj Aziji, u području ostrvskih lukova (Kurilska ostrva, Aleutska ostrva, Japanska ostrva i dr.), zemljina kora je prelaznog tipa. Konačno, zemljina kora srednjeokeanskih grebena je vrlo složena i još uvijek malo proučena. Ovdje ne postoji Moho granica, a materijal plašta se uzdiže duž rasjeda u koru, pa čak i do njene površine.

Koncept "zemljine kore" treba razlikovati od koncepta "litosfere". Koncept "litosfere" je širi od "zemljine kore". U litosferi, moderna nauka uključuje ne samo zemljinu koru, već i najgornji omotač do astenosfere, odnosno do dubine od oko 100 km.

Koncept izostazije. Proučavanje raspodjele gravitacije pokazalo je da su svi dijelovi zemljine kore - kontinenti, planinske zemlje, ravnice - uravnoteženi na gornjem plaštu. Ova uravnotežena pozicija naziva se izostazija (od latinskog isoc - ravnomjeran, stasis - položaj). Izostatska ravnoteža se postiže činjenicom da je debljina zemljine kore obrnuto proporcionalna njenoj gustoći. Teška okeanska kora je tanja od lakše kontinentalne kore.

Izostazija - u suštini, nije čak ni ravnoteža, već težnja za ravnotežom, koja se neprekidno narušava i ponovo obnavlja. Tako, na primjer, Baltički štit nakon topljenja kontinentalnog leda pleistocenske glacijacije raste za oko 1 metar po stoljeću. Površina Finske se stalno povećava zbog morskog dna. Teritorija Holandije se, naprotiv, smanjuje. Linija nulte ravnoteže trenutno prolazi nešto južno od 60 0 N.L. Moderni Sankt Peterburg je oko 1,5 m viši od Sankt Peterburga u vrijeme Petra Velikog. Kako pokazuju podaci savremenih naučnih istraživanja, čak je i težina velikih gradova dovoljna za izostatičku fluktuaciju teritorije pod njima. Zbog toga je zemljina kora u područjima velikih gradova vrlo pokretna. U cjelini, reljef zemljine kore je zrcalna slika Moho površine, tabana zemljine kore: povišena područja odgovaraju depresijama u plaštu, donja područja odgovaraju višem nivou njegove gornje granice. Dakle, ispod Pamira, dubina površine Moho je 65 km, au Kaspijskoj nizini - oko 30 km.

Toplotna svojstva zemljine kore. Dnevna kolebanja temperature tla protežu se do dubine od 1,0-1,5 m, a godišnje kolebanja u umjerenim geografskim širinama u zemljama s kontinentalnom klimom do dubine od 20-30 m. sloj konstantne temperature tla. Zove se izotermni sloj. Ispod izotermnog sloja duboko u Zemlji temperatura raste, a to je već uzrokovano unutrašnjom toplinom Zemljine unutrašnjosti. Unutrašnja toplota ne učestvuje u formiranju klime, ali služi kao energetska osnova za sve tektonske procese.

Broj stepeni za koji se temperatura povećava za svakih 100 m dubine naziva se geotermalni gradijent. Udaljenost u metrima na kojoj temperatura poraste za 1 0 C kada se snizi naziva se geotermalna stepenica. Vrijednost geotermalnog koraka zavisi od reljefa, toplotne provodljivosti stijena, blizine vulkanskih žarišta, cirkulacije podzemnih voda itd. U prosjeku, geotermalni korak je 33 m. U vulkanskim područjima geotermalni korak može biti samo oko 5 m, au geološki mirnim područjima (na primjer, na platformama) može doseći 100 m.

NJIH. Kapitonov

Zemljina nuklearna toplota

Toplina zemlje

Zemlja je prilično jako zagrijano tijelo i izvor je topline. Zagreva se prvenstveno zbog sunčevog zračenja koje apsorbuje. Ali Zemlja takođe ima sopstveni termalni resurs koji se može uporediti sa toplotom koju dobija od Sunca. Vjeruje se da ova vlastita energija Zemlje ima sljedeće porijeklo. Zemlja je nastala prije oko 4,5 milijardi godina nakon formiranja Sunca iz protoplanetarnog diska plina i prašine koji se rotira oko njega i kondenzira. U ranoj fazi svog formiranja, Zemljina supstanca se zagrijala zbog relativno sporog gravitacionog kompresije. Važnu ulogu u toplotnoj ravnoteži Zemlje imala je i energija oslobođena prilikom pada malih kosmičkih tijela na nju. Stoga je mlada Zemlja bila rastopljena. Hladeći se, postepeno je došao u sadašnje stanje sa čvrstom površinom, čiji je značajan dio prekriven oceanskim i morskim vodama. Ovaj tvrdi vanjski sloj se zove zemljine kore a u prosjeku, na kopnu, njegova debljina je oko 40 km, a pod okeanskim vodama - 5-10 km. Dublji sloj zemlje, tzv mantle takođe se sastoji od čvrstog materijala. Proteže se do dubine od skoro 3000 km i sadrži najveći dio Zemljine materije. Konačno, najdublji dio Zemlje je njen jezgro. Sastoji se od dva sloja - spoljašnjeg i unutrašnjeg. vanjsko jezgro ovo je sloj rastopljenog gvožđa i nikla na temperaturi od 4500-6500 K debljine 2000-2500 km. unutrašnje jezgro sa radijusom od 1000-1500 km je čvrsta legura željeza i nikla zagrijana na temperaturu od 4000-5000 K gustoće od oko 14 g / cm 3, koja je nastala pri ogromnom (gotovo 4 miliona bara) pritisku.
Osim unutrašnje topline Zemlje, naslijeđene iz najranije vruće faze njenog formiranja, a čija bi se količina s vremenom trebala smanjivati, postoji još jedna - dugotrajna, povezana s radioaktivnim raspadom jezgara sa dugom polovinom. -život - prije svega, 232 Th, 235 U , 238 U i 40 K. Energija koja se oslobađa u tim raspadima - oni čine skoro 99% Zemljine radioaktivne energije - stalno obnavlja termalne rezerve Zemlje. Gore navedena jezgra se nalaze u kori i plaštu. Njihovo raspadanje dovodi do zagrijavanja vanjskih i unutrašnjih slojeva Zemlje.
Dio ogromne topline sadržane u Zemlji stalno izlazi na njenu površinu, često u vulkanskim procesima vrlo velikih razmjera. Poznat je tok toplote koji teče iz dubina Zemlje kroz njenu površinu. To je (47±2)·10 12 vati, što je ekvivalentno toplini koju može proizvesti 50 hiljada nuklearnih elektrana (prosječna snaga jedne nuklearne elektrane je oko 10 9 vati). Postavlja se pitanje da li radioaktivna energija igra značajnu ulogu u ukupnom termalnom budžetu Zemlje, i ako ima, kakvu ulogu? Odgovor na ova pitanja dugo je ostao nepoznat. Sada postoje prilike da se odgovori na ova pitanja. Ključnu ulogu ovdje imaju neutrini (antineutrini), koji se rađaju u procesima radioaktivnog raspada jezgri koja čine Zemljinu materiju i koja se nazivaju geo-neutrino.

Geo-neutrino

Geo-neutrino je kombinovani naziv za neutrine ili antineutrine, koji se emituju kao rezultat beta raspada jezgara koje se nalaze ispod površine Zemlje. Očigledno, zbog neviđene sposobnosti prodiranja, registracija ovih (i samo njih) detektorima neutrina na zemlji može pružiti objektivne informacije o procesima radioaktivnog raspada koji se dešavaju duboko u Zemlji. Primjer takvog raspada je β - raspad jezgra 228 Ra, koji je proizvod α raspada dugovječnog 232 Th jezgra (vidi tabelu):

Vrijeme poluraspada (T 1/2) jezgra 228 Ra je 5,75 godina, a oslobođena energija je oko 46 keV. Energetski spektar antineutrina je kontinuiran sa gornjom granicom blizu oslobođene energije.
Raspadi 232 Th, 235 U, 238 U jezgra su lanci uzastopnih raspada koji formiraju tzv. radioaktivne serije. U takvim lancima, α-raspadi su isprepleteni β − -raspadima, budući da se kod α-raspada konačna jezgra pomeraju sa linije β-stabilnosti u područje jezgara preopterećenih neutronima. Nakon niza uzastopnih raspada na kraju svakog reda, formiraju se stabilna jezgra s brojem protona i neutrona koji je blizu ili jednak magičnim brojevima (Z = 82,N= 126). Takva konačna jezgra su stabilni izotopi olova ili bizmuta. Tako se raspad T 1/2 završava formiranjem dvostruko magičnog jezgra 208 Pb, a na putu 232 Th → 208 Pb dolazi do šest α-raspada, naizmenično sa četiri β - raspada (u lancu 238 U → 206 Pb, osam α- i šest β - - raspada; u lancu 235 U → 207 Pb postoji sedam α- i četiri β − raspada). Dakle, energetski spektar antineutrina iz svake radioaktivne serije je superpozicija parcijalnih spektra pojedinačnih β − raspada koji čine ovu seriju. Spektri antineutrina proizvedenih u raspadima 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K prikazani su na Sl. 1. Raspad od 40 K je pojedinačni β − raspad (vidi tabelu). Antineutrini dostižu najveću energiju (do 3,26 MeV) u raspadu
214 Bi → 214 Po, što je karika u radioaktivnoj seriji 238 U. Ukupna energija oslobođena tokom prolaska svih veza raspada u seriji 232 Th → 208 Pb je 42,65 MeV. Za radioaktivne serije 235 U i 238 U, ove energije su 46,39 i 51,69 MeV, respektivno. Energija koja se oslobađa u raspadu
40 K → 40 Ca je 1,31 MeV.

Karakteristike 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K jezgri

Core	Udio u % u mješavini izotopi	Broj jezgara odnosi. Si nuclei	T 1/2 milijardi godina	Prvi linkovi propadanje
232Th	100	0.0335	14.0
235 U	0.7204	6,48 10 -5	0.704
238 U	99.2742	0.00893	4.47
40K	0.0117	0.440	1.25

Procjena fluksa geoneutrina, napravljena na osnovu raspada jezgara 232 Th, 235 U, 238 U, 40 K sadržanih u sastavu Zemljine materije, dovodi do vrijednosti reda veličine 10 6 cm. -2 sek -1 . Registracijom ovih geo-neutrina može se dobiti informacija o ulozi radioaktivne topline u ukupnoj toplinskoj ravnoteži Zemlje i testirati naše ideje o sadržaju dugovječnih radioizotopa u zemaljskoj materiji.

Rice. 1. Energetski spektri antineutrina iz nuklearnog raspada

232 Th, 235 U, 238 U, 40 K normalizirano na jedan raspad matičnog jezgra

Reakcija se koristi za registraciju elektronskih antineutrina

P → e + + n, (1)

u kojoj je ova čestica zapravo otkrivena. Prag za ovu reakciju je 1,8 MeV. Stoga se u gornjoj reakciji mogu registrovati samo geo-neutrini formirani u lancima raspada počevši od 232 Th i 238 U jezgara. Efektivni presjek reakcije o kojoj se raspravlja je izuzetno mali: σ ≈ 10 -43 cm 2. Otuda sledi da detektor neutrina sa osetljivom zapreminom od 1 m 3 neće registrovati više od nekoliko događaja godišnje. Očigledno je da su za pouzdano fiksiranje geoneutrinskih tokova potrebni detektori neutrina velikog volumena, smješteni u podzemnim laboratorijama za maksimalnu zaštitu od pozadine. Ideja o korištenju detektora dizajniranih za proučavanje solarnih i reaktorskih neutrina za registraciju geo-neutrina nastala je 1998. godine. Trenutno postoje dva detektora neutrina velikog volumena koji koriste tekući scintilator i pogodni su za rješavanje problema. Ovo su detektori neutrina iz eksperimenata KamLAND (Japan, ) i Borexino (Italija, ). U nastavku se razmatra uređaj Borexino detektora i rezultati dobijeni na ovom detektoru o registraciji geo-neutrina.

Borexino detektor i registracija geo-neutrina

Detektor neutrina Borexino nalazi se u centralnoj Italiji u podzemnoj laboratoriji ispod planinskog lanca Gran Sasso, čiji planinski vrhovi dosežu 2,9 km (slika 2).

Rice. Slika 2. Dijagram lokacije laboratorije za neutrino ispod planinskog lanca Gran Sasso (centralna Italija)

Borexino je nesegmentirani masivni detektor čiji je aktivni medij
280 tona organskog tečnog scintilatora. Ispunila je najlonsku sferičnu posudu promjera 8,5 m (sl. 3). Scintilator je bio pseudokumen (C 9 H 12) sa dodatkom PPO koji pomera spektar (1,5 g/l). Svjetlost iz scintilatora prikuplja se pomoću 2212 fotomultiplikatora od osam inča (PMT) postavljenih na sferu od nehrđajućeg čelika (SSS).

Rice. 3. Šema uređaja Borexino detektora

Najlonska posuda sa pseudokumenom je unutrašnji detektor čiji je zadatak da registruje neutrine (antineutrine). Unutrašnji detektor je okružen sa dve koncentrične tampon zone koje ga štite od spoljašnjih gama zraka i neutrona. Unutrašnja zona je ispunjena nescintilirajućim medijumom koji se sastoji od 900 tona pseudokumena sa aditivima dimetil ftalata za gašenje scintilacija. Spoljna zona se nalazi na vrhu SNS-a i predstavlja detektor vode Čerenkov koji sadrži 2000 tona ultra čiste vode i odseca signale miona koji ulaze u objekat spolja. Za svaku interakciju koja se javlja u unutrašnjem detektoru, određuju se energija i vrijeme. Kalibracija detektora korištenjem različitih radioaktivnih izvora omogućila je vrlo precizno određivanje njegove energetske skale i stepena ponovljivosti svjetlosnog signala.
Borexino je detektor vrlo visoke radijacijske čistoće. Svi materijali su rigorozno odabrani, a scintilator je očišćen kako bi se minimizirala unutrašnja pozadina. Zbog svoje visoke čistoće zračenja, Borexino je odličan detektor za detekciju antineutrina.
U reakciji (1) pozitron daje trenutni signal, koji nakon nekog vremena prati hvatanje neutrona jezgrom vodika, što dovodi do pojave γ-kvanta s energijom od 2,22 MeV, koji stvara signal kasni u odnosu na prvi. U Borexinu, vrijeme hvatanja neutrona je oko 260 μs. Trenutačni i odgođeni signali su u korelaciji u prostoru i vremenu, pružajući precizno prepoznavanje događaja uzrokovanog e .
Prag za reakciju (1) je 1,806 MeV i, kao što se može vidjeti sa Sl. 1, svi geo-neutrini iz raspada 40 K i 235 U su ispod ovog praga, a može se detektovati samo dio geo-neutrina koji je nastao u raspadima 232 Th i 238 U.
Detektor Borexino je prvi put detektovao signale sa geo-neutrina 2010. godine, a nedavno je objavio nove rezultate na osnovu posmatranja tokom 2056 dana od decembra 2007. do marta 2015. U nastavku predstavljamo dobijene podatke i rezultate njihove rasprave, na osnovu članka.
Kao rezultat analize eksperimentalnih podataka, identifikovano je 77 kandidata za elektronske antineutrine koji su prošli sve kriterijume selekcije. Pozadinu događaja koji simuliraju e procijenio je . Dakle, odnos signal/pozadina je bio ≈100.
Glavni izvor pozadine bili su reaktorski antineutrini. Za Borexino je situacija bila prilično povoljna, jer u blizini laboratorije Gran Sasso nema nuklearnih reaktora. Osim toga, reaktorski antineutrini su energičniji od geo-neutrina, što je omogućilo odvajanje ovih antineutrina od pozitrona po jačini signala. Rezultati analize doprinosa geo-neutrina i reaktorskih antineutrina ukupnom broju zabilježenih događaja iz e prikazani su na sl. 4. Broj registrovanih geo-neutrina dat ovom analizom (osenčena površina im odgovara na slici 4) jednaka je . U spektru geoneutrina izdvojenih kao rezultat analize, vidljive su dvije grupe - manje energični, intenzivniji i energičniji, manje intenzivni. Autori opisane studije povezuju ove grupe sa raspadima torija, odnosno uranijuma.
U analizi o kojoj se raspravlja koristili smo omjer masa torija i uranijuma u materiji Zemlje
m(Th)/m(U) = 3,9 (u tabeli ova vrijednost je ≈3,8). Ova brojka odražava relativni sadržaj ovih hemijskih elemenata u hondritima - najčešća grupa meteorita (više od 90% meteorita koji su pali na Zemlju pripada ovoj grupi). Smatra se da sastav hondrita, sa izuzetkom lakih gasova (vodonik i helijum), ponavlja sastav Sunčevog sistema i protoplanetarnog diska od kojeg je nastala Zemlja.

Rice. Slika 4. Spektar izlazne svjetlosti iz pozitrona u jedinicama broja fotoelektrona za događaje kandidata za antineutrino (eksperimentalne tačke). Zasjenjeno područje je doprinos geo-neutrina. Puna linija je doprinos reaktorskih antineutrina.

Prilikom proučavanja zemljine kore otkrivena je njena nejednaka struktura u različitim regijama. Generalizacija velike količine činjeničnog materijala omogućila je razlikovanje dva tipa strukture zemljine kore - kontinentalne i oceanske.

kontinentalni tip

Kontinentalni tip karakterizira vrlo značajna debljina kore i prisustvo granitnog sloja. Granica gornjeg plašta ovdje se nalazi na dubini od 40-50 km i više. Debljina sedimentnih stijena na nekim mjestima doseže 10-15 km, na drugim - debljina može biti potpuno odsutna. Prosječna debljina sedimentnih stijena kontinentalne kore je 5,0 km, granitni sloj je oko 17 km (od 10-40 km), bazaltni sloj je oko 22 km (do 30 km).

Kao što je već navedeno, petrografski sastav bazaltnog sloja kontinentalne kore je šarolik i najvjerovatnije u njemu ne dominiraju bazalti, već metamorfne stijene osnovnog sastava (granuliti, eklogiti i dr.). Iz tog razloga, neki istraživači su predložili da se ovaj sloj nazove granulitom.

Debljina kontinentalne kore povećava se u području planinskih naboranih struktura. Na primjer, na istočnoevropskoj ravnici, debljina kore je oko 40 km (15 km je granitni sloj i više od 20 km bazalt), a na Pamiru je jedan i po puta više (oko 30 km). ukupno su sedimentne stijene i granitni sloj i isti bazaltni sloj). Kontinentalna kora dostiže posebno veliku debljinu u planinskim predjelima smještenim uz rubove kontinenata. Na primjer, u Stjenovitim planinama (Sjeverna Amerika), debljina kore značajno prelazi 50 km. Zemljina kora, koja čini dno okeana, ima potpuno drugačiju strukturu. Ovdje je debljina kore naglo smanjena i materijal plašta se približava površini.

Granitni sloj je odsutan, debljina sedimentne sekvence je relativno mala. Gornji sloj nekonsolidiranih sedimenata gustine 1,5–2 g/cm 3 i debljine oko 0,5 km, vulkansko-sedimentni sloj (proslojanost rastresitih sedimenata sa bazaltima) debljine 1–2 km i bazalt sloj, čija se prosječna debljina procjenjuje na 5 -6 km. Na dnu Tihog okeana, Zemljina kora ima ukupnu debljinu od 5-6 km; na dnu Atlantskog oceana ispod debljine sedimenta od 0,5-1,0 km nalazi se bazaltni sloj debljine 3-4 km. Imajte na umu da se debljina kore ne smanjuje s povećanjem dubine okeana.

Trenutno se razlikuju i prijelazni subkontinentalni i suboceanski tipovi kore, koji odgovaraju podvodnom rubu kontinenata. Unutar kore subkontinentalnog tipa granitni sloj je u velikoj mjeri smanjen, koji je zamijenjen slojem sedimenata, a zatim prema dnu oceana debljina bazaltnog sloja počinje opadati. Debljina ove prelazne zone zemljine kore je obično 15-20 km. Granica između okeanske i subkontinentalne kore prolazi unutar kontinentalne padine u intervalu dubine od 1-3,5 km.

okeanski tip

Iako kora okeanskog tipa zauzima veće područje od kontinentalne i subkontinentalne, zbog svoje male debljine u njoj je koncentrisano samo 21% zapremine zemljine kore. Informacije o zapremini i masi različitih tipova zemljine kore prikazane su na Sl.1.

Fig.1. Zapremina, debljina i masa horizonata različitih tipova zemljine kore

Zemljina kora leži na supstratu plašta i čini samo 0,7% mase plašta. U slučaju tanke kore (na primjer, na dnu oceana), gornji dio omotača također će biti u čvrstom stanju, što je uobičajeno za stijene zemljine kore. Stoga, kao što je gore navedeno, uz koncept zemljine kore kao ljuske s određenim pokazateljima gustoće i elastičnih svojstava, postoji koncept litosfere - kamene školjke, deblje od čvrste tvari koja pokriva površinu Zemlje.

Strukture tipova zemljine kore

Tipovi zemljine kore također se razlikuju po svojoj strukturi. Zemljinu koru okeanskog tipa karakteriziraju različite strukture. Snažni planinski sistemi - srednjeokeanski grebeni - protežu se duž središnjeg dijela dna okeana. U aksijalnom dijelu ovi grebeni su raščlanjeni dubokim i uskim raskolnim dolinama sa strmim stranama. Ove formacije su zone aktivne tektonske aktivnosti. Dubokovodni rovovi nalaze se duž otočnih lukova i planinskih struktura na periferiji kontinenata. Uz ove formacije, postoje dubokomorske ravnice koje zauzimaju ogromna područja.

Kontinentalna kora je podjednako heterogena. U njegovim granicama mogu se razlikovati mlade planinsko-naborane strukture, gdje se debljina kore u cjelini i svakog njenog horizonta jako povećava. Postoje i područja u kojima kristalne stijene granitnog sloja predstavljaju drevna naborana područja, izravnana tokom dugog geološkog vremena. Ovdje je debljina kore znatno manja. Ova ogromna područja kontinentalne kore nazivaju se platformama. Unutar platformi razlikuju se štitovi - područja gdje kristalni temelj izlazi direktno na površinu i ploče čija je kristalna baza prekrivena slojem horizontalno taloženih naslaga. Primjer štita je teritorija Finske i Karelije (Baltički štit), dok je na istočnoevropskoj ravnici naborani podrum duboko spušten i prekriven sedimentnim naslagama. Prosječna debljina padavina na platformama je oko 1,5 km. Strukture planinskih nabora karakterizira znatno veća debljina sedimentnih stijena čija se prosječna vrijednost procjenjuje na 10 km. Akumulacija ovako debelih naslaga postiže se produženim postepenim slijeganjem, popuštanjem pojedinih dijelova kontinentalne kore, praćenim njihovim izdizanjem i savijanjem. Takva područja se nazivaju geosinklinale. Ovo su najaktivnije zone kontinentalne kore. Na njih je ograničeno oko 72% ukupne mase sedimentnih stijena, dok je oko 28% koncentrisano na platformama.

Manifestacije magmatizma na platformama i geosinklinalima oštro se razlikuju. U periodima spuštanja geosinklinala magma osnovnog i ultrabazičnog sastava teče duž dubokih rasjeda. U procesu transformacije geosinklinale u naborano područje dolazi do formiranja i prodora ogromnih masa granitne magme. Kasne faze karakteriziraju vulkanske erupcije srednje i felzične lave. Na platformama su magmatski procesi znatno manje izraženi i predstavljeni su uglavnom izlivanjem bazalta ili lave alkalno-baznog sastava. Među sedimentnim stijenama kontinenata prevladavaju gline i škriljci. Na dnu okeana povećava se sadržaj vapnenačkih sedimenata. Dakle, zemljina kora se sastoji od tri sloja. Njegov gornji sloj se sastoji od sedimentnih stijena i produkata vremenskih utjecaja. Zapremina ovog sloja je oko 10% ukupne zapremine zemljine kore. Većina materije nalazi se na kontinentima i prijelaznoj zoni, unutar okeanske kore ne čini više od 22% zapremine sloja.

U takozvanom granitnom sloju najčešće su stijene granitoidi, gnajsovi i kristalni škriljci. Više osnovnih stijena čini oko 10% ovog horizonta. Ova okolnost se dobro odražava u prosječnom hemijskom sastavu granitnog sloja. Prilikom upoređivanja vrijednosti prosječnog sastava, pažnju privlači jasna razlika između ovog sloja i sedimentnog niza (Sl. 2).

Fig.2. Hemijski sastav zemljine kore (u težinskim procentima)

Sastav bazaltnog sloja u dva glavna tipa zemljine kore nije isti. Na kontinentima ovu sekvencu karakteriziraju različite stijene. Postoje duboko metamorfizirane i magmatske stijene osnovnog, pa čak i felzičnog sastava. Bazične stijene čine oko 70% ukupne zapremine ovog sloja. Bazaltni sloj okeanske kore je mnogo homogeniji. Preovlađujuća vrsta stijena su tzv. toleitni bazalti, koji se od kontinentalnih bazalta razlikuju po niskom sadržaju kalija, rubidija, stroncijuma, barijuma, uranijuma, torija, cirkonijuma i visokim odnosom Na/K. To je zbog manjeg intenziteta procesa diferencijacije tokom njihove fuzije sa plaštom. Ultramafičke stijene gornjeg plašta izbijaju u dubokim grebenskim rasjedima. Rasprostranjenost stena u zemljinoj kori, grupisanih da bi se odredio odnos njihove zapremine i mase, prikazana je na Sl.3.

Fig.3. Rasprostranjenost stena u zemljinoj kori

Formiranje zemljine kore

Zemljina kora kontinenata sastoji se od kristalnih stijena bazaltnih i granitnih geofizičkih slojeva (59,2% odnosno 29,8%, respektivno, ukupne zapremine zemljine kore), prekrivenih sedimentnom ljuskom (stratisferom). Površina kontinenata i ostrva je 149 miliona km2. Sedimentna školjka pokriva 119 miliona km2, tj. 80% ukupne kopnene površine, koje se uvlači u drevne štitove platformi. Sastoji se uglavnom od kasnoproterozojskih i fanerozojskih sedimentnih i vulkanskih stijena, iako sadrži i malu količinu starijih srednjo- i ranoproterozojskih slabo metamorfoziranih naslaga protoplatforma. Površine izdanaka sedimentnih stijena smanjuju se sa starenjem, dok se površine kristalnih stijena povećavaju.

Sedimentna ljuska zemljine kore okeana, koja zauzima 58% ukupne površine Zemlje, leži na bazaltnom sloju. Starost njegovih naslaga, prema podacima dubokomorskog bušenja, pokriva vremenski interval od gornje jure do kvartara, uključujući. Prosječna debljina Zemljine sedimentne ljuske procjenjuje se na 2,2 km, što odgovara 1/3000 radijusa planete. Ukupna zapremina njenih sastavnih formacija je približno 1100 miliona km 3, što je 10,9% ukupne zapremine zemljine kore i 0,1% ukupne zapremine Zemlje. Ukupna količina okeanskih padavina procjenjuje se na 280 miliona km3. Prosječna debljina Zemljine kore procjenjuje se na 37,9 km, što je 0,94% ukupne zapremine Zemlje. Vulkanske stijene čine 4,4% na platformama i 19,4% u preklopljenim područjima ukupne zapremine sedimentne školjke. U platformskim područjima, a posebno u okeanima, bazaltni pokrivači su široko rasprostranjeni, koji zauzimaju više od dvije trećine Zemljine površine.

Zemljina kora, atmosfera i hidrosfera nastali su kao rezultat geohemijske diferencijacije naše planete, praćene topljenjem i otplinjavanjem duboke materije. Formiranje zemljine kore je posljedica interakcije endogenih (magmatskih, fluidno-energetskih) i egzogenih (fizičko i kemijsko trošenje, destrukcija, razgradnja stijena, intenzivna terigena sedimentacija) faktora. Sistematika izotopa magmatskih stijena je od velike važnosti, jer upravo magmatizam nosi informacije o geološkom vremenu i materijalnim specifičnostima površinskih tektonskih i dubokih mantijskih procesa odgovornih za formiranje okeana i kontinenata i odražava najvažnije karakteristike procesa transformacija duboke materije Zemlje u zemljinu koru. Najosnovnije je uzastopno formiranje oceanske kore zbog osiromašenog plašta, koji u zonama konvergentne interakcije ploča formira prijelaznu koru otočnih lukova, a potonji, nakon niza strukturnih i materijalnih transformacija, prelazi u kontinentalne kore.

PREDAVANJE 5. SASTAV GEOGRAFSKE LJUSKE

Formiranje sopstvene kopnene supstance počelo je vulkanogenim formacijama predstavljenim lavama, izbacivanjem vrelog pepela i oblaka gasa, kao i pratećim manifestacijama otplinjavanja creva. Vulkanogeni materijal ušao je na peridotitnu površinu Zemlje i u zaostalu atmosferu - relikt prvobitnog oblaka ili magline. Vodeni bazeni u to vrijeme nisu postojali, a Zemlja nije bila planeta okeana kao danas. Formiranje geografske ljuske počelo je, po svemu sudeći, s njegovom litogenom podlogom, na koju su se počele "naslanjati" zračne i vodene mase. Podjela prema vremenu formiranja pojedinih sfera planete je uslovna, jer se gotovo sve događalo gotovo istovremeno, ali različitim brzinama fiksiranja novog materijala.

Unutrašnja struktura Zemlje uključuje tri ljuske: zemljinu koru, plašt i jezgro. Struktura ljuske Zemlje utvrđena je daljinskim metodama zasnovanim na mjerenju brzine širenja seizmičkih valova, koji imaju dvije komponente - longitudinalne i poprečne valove. Longitudinalni (P) talasi povezana s vlačnim (ili tlačnim) naponima orijentiranim u smjeru njihovog širenja. Poprečno (S) talasi izazivaju oscilacije medija, orijentisane pod pravim uglom u odnosu na pravac njihovog širenja. Ovi talasi se ne šire u tečnom mediju.

Zemljina kora - kamena ljuska sastavljena od čvrste supstance sa viškom silicijum dioksida, lužine, vode i nedovoljnom količinom magnezijuma i gvožđa. Odvaja se od gornjeg plašta Mohorović granica(Moho sloj), na kojem dolazi do skoka u brzinama uzdužnih seizmičkih talasa do oko 8 km/s. Vjeruje se da se ova granica, koju je 1909. ustanovio jugoslovenski naučnik A. Mohorovichich, poklapa sa vanjskom peridotitnom školjkom gornji plašt. Debljina zemljine kore (1% ukupne mase Zemlje) u prosjeku iznosi 35 km: ispod mladih naboranih planina na kontinentima povećava se na 80 km, a ispod srednjeokeanskih grebena smanjuje se na 6-7 km (računajući od površine okeanskog dna).

Mantle je najveća ljuska Zemlje u smislu zapremine i težine, koja se proteže od tabana zemljine kore do granice Gutenberg,što odgovara dubini od približno 2900 km i uzima se kao donja granica plašta. Plašt je podijeljen na niže(50% Zemljine mase) i top(18%) Prema savremenim shvatanjima, sastav omotača je prilično homogen zbog intenzivnog konvektivnog mešanja intramantilnih strujanja. Direktnih podataka o materijalnom sastavu plašta gotovo da i nema. Pretpostavlja se da se sastoji od rastopljene silikatne mase zasićene plinovima. Brzine širenja longitudinalnih i poprečnih talasa u donjem plaštu rastu na 13 i 7 km/s, respektivno. Gornji plašt od dubine od 50-80 km (ispod okeana) i 200-300 km (ispod kontinenata) do 660-670 km se naziva astenosfera. Ovo je sloj povećane plastičnosti supstance blizu tačke topljenja.

Core je sferoid sa prosječnim radijusom od oko 3500 km. Takođe nema direktnih informacija o sastavu jezgra. Poznato je da je to najgušća ljuska na Zemlji. Jezgro je takođe podeljeno na dve sfere: vanjski, do dubine od 5150 km, koji je u tečnom stanju, i interni - U vanjskom jezgru brzina prostiranja longitudinalnih talasa pada na 8 km/s, a poprečni talasi se uopšte ne šire, što se uzima kao dokaz njegovog tečnog stanja. Dublje od 5150 km, brzina širenja longitudinalnih talasa raste i poprečni talasi ponovo prolaze. Unutrašnje jezgro čini 2% mase Zemlje, vanjsko - 29%.

Vanjski "tvrdi" omotač Zemlje, uključujući zemljinu koru i gornji dio omotača, formira litosfera. Kapacitet mu je 50-200 km.

Litosfera i donji pokretni slojevi astenosfere, gdje se obično stvaraju i ostvaruju unutarzemaljska kretanja tektonske prirode, a često se nalaze potresi i rastopljena magma, nazivaju se tektonosfera.

Sastav zemljine kore. Hemijski elementi u zemljinoj kori formiraju prirodna jedinjenja - minerali, obično čvrste materije koje imaju određena fizička svojstva. Zemljina kora sadrži više od 3.000 minerala, od kojih je oko 50 kamenotvornih.

Nastaju redovne prirodne kombinacije minerala stijene. Zemljina kora je sastavljena od stijena različitog sastava i porijekla. Po porijeklu stijene se dijele na magmatske, sedimentne i metamorfne.

Magmatske stijene nastala očvršćavanjem magme. Ako se to dogodi u debljini zemljine kore, onda nametljiv kristalizovane stene, a kada magma izbije na površinu, efuzivan obrazovanje. Prema sadržaju silicijum dioksida (SiO 2) razlikuju se sljedeće grupe magmatskih stijena: kiselo(> 65% - graniti, lipariti, itd.), srednje(65-53% - sijeniti, andeziti itd.), main(52-45% - gabro, bazalti, itd.) i ultrabasic(<45% - перидотиты, дуниты и др.).

Sedimentne stijene nastaju na površini zemlje zbog taloženja materijala na različite načine. Neki od njih nastaju kao rezultat razaranja stijena. Ovo klastično, ili plastika, kamenje. Veličina fragmenata varira od gromada i šljunka do muljevitih čestica, što omogućava razlikovanje stijena različitog granulometrijskog sastava - gromade, šljunak, konglomerati, pijesci, pješčenjaci itd. Organogene stijene nastaju uz učešće organizama (krečnjak, ugalj, kreda itd.). Zauzeto je značajno mjesto hemogeni stijene povezane s taloženjem tvari iz otopine pod određenim uvjetima.

metamorfne stene nastaju kao rezultat promjena u magmatskim i sedimentnim stijenama pod utjecajem visokih temperatura i pritisaka u utrobi Zemlje. To uključuje gnajs, škriljce, mermer itd.

Oko 90% zapremine zemljine kore čine kristalne stene magmatske i metamorfne geneze. Za geografski omotač važnu ulogu igra relativno tanak i diskontinuiran sloj sedimentnih stijena (stratisfera), koji su u direktnom kontaktu sa različitim komponentama geografskog omotača. Prosječna debljina sedimentnih stijena je oko 2,2 km, stvarna debljina varira od 10-14 km u koritima do 0,5-1 km na dnu okeana. Prema studijama A.B. Ronova, najčešće sedimentne stijene su gline i škriljci (50%), pijesci i pješčanici (23,6%), karbonatne formacije (23,5%). Važnu ulogu u sastavu zemljine površine igraju lesne i lesolike ilovače neglacijalnih područja, nerazvrstani slojevi morena glacijalnih područja i intrazonalne akumulacije šljunkovito-pješčanih formacija vodenog porijekla.

Struktura zemljine kore. Prema strukturi i debljini (slika 5.1) razlikuju se dva glavna tipa zemljine kore - kontinentalna (kontinentalna) i okeanska.Razlike u njihovom hemijskom sastavu vidljive su iz tabele. 5.1.

kontinentalne kore sastoji se od sedimentnih, granitnih i bazaltnih slojeva. Potonji je proizvoljno izdvojen jer su brzine seizmičkih valova jednake brzinama u bazaltima. Granitni sloj se sastoji od stijena obogaćenih silicijumom i aluminijumom (SIAL), stijene bazaltnog sloja su obogaćene silicijumom i magnezijumom (SIAM). Kontakt između sloja granita prosječne gustine stijene od oko 2,7 g/cm 3 i bazaltnog sloja prosječne gustine oko 3 g/cm 3 poznat je kao Konradova granica (nazvana po njemačkom istraživaču W. Konradu, koji je otkrio ga 1923.). okeanska kora dvoslojni. Njegova glavna masa je sastavljena od bazalta, na kojima leži tanak sedimentni sloj. Debljina bazalta prelazi 10 km, a u gornjim dijelovima pouzdano su identificirani slojevi sedimentnih kasnomezozojskih stijena. Debljina sedimentnog pokrivača u pravilu ne prelazi 1-1,5 km.

Rice. 5.1. Struktura zemljine kore: 1 - bazaltni sloj; 2 - granitni sloj; 3 - stratisfera i kora trošenja; 4 - bazalti okeanskog dna; 5 - područja sa niskom biomasom; 6 - područja sa visokom biomasom; 7 - okeanske vode; 8 - morski led; 9 - duboki rasjedi kontinentalnih padina

Bazaltni sloj na kontinentima i okeanskom dnu se bitno razlikuje. Na kontinentima su to kontaktne formacije između plašta i najstarijih kopnenih stijena, kao da je primarna kora planete, koja je nastala prije ili na početku njenog samostalnog razvoja (vjerovatno dokaz "mjesečevog" stadija Zemljinog razvoja). evolucija). U okeanima su to prave bazaltne formacije, uglavnom mezozojske starosti, koje su nastale uslijed podvodnih izljeva tijekom širenja litosferskih ploča. Starost prvog bi trebala biti nekoliko milijardi godina, drugog - ne više od 200 miliona godina.

Tabela 5.1. Hemijski sastav kontinentalne i okeanske kore

Na nekim mjestima ima prelazni tip zemljine kore, koju karakteriše značajna prostorna heterogenost. Poznata je u rubnim morima istočne Azije (od Beringovog mora do Južnog kineskog mora), Sundskog arhipelaga i nekih drugih regija svijeta.

Prisustvo različitih tipova zemljine kore uzrokovano je razlikama u razvoju pojedinih dijelova planete i njihovoj starosti. Ovaj problem je izuzetno zanimljiv i važan sa stanovišta rekonstrukcije geografskog omotača. Ranije se pretpostavljalo da je okeanska kora primarna, a kontinentalna kora sekundarna, iako je mnogo milijardi godina starija od nje. Prema modernim konceptima, okeanska kora je nastala uslijed prodora magme duž rasjeda između kontinenata.

Strukturni elementi zemljine kore. Zemljina kora se formirala najmanje 4 milijarde godina, tokom kojih je postala složenija ispod. uticaj endogenih (uglavnom pod uticajem tektonskih kretanja) i egzogenih (vremenskih i dr.) procesa. Manifestujući se različitim intenzitetom iu različito vreme, tektonski pokreti su formirali strukture zemljine kore, koje formiraju olakšanje planete.

Veliki reljefni oblici se nazivaju morfostrukture(npr. planinski lanci, visoravni). Relativno mali oblici reljefa morfoskulpture(na primjer, krš).

Glavne planetarne strukture Zemlje - kontinentima I okeani. IN unutar kontinenata razlikuju se velike strukture drugog reda - presavijeni pojasevi I platforme, koje su jasno izražene u modernom reljefu.

platforme - to su tektonski stabilni dijelovi zemljine kore, obično dvoslojne strukture: donji, formiran od najstarijih stijena, naziva se fondacija, gornji, sastavljen uglavnom od sedimentnih stijena kasnijeg doba - sedimentni pokrivač. Starost platformi se procjenjuje prema vremenu formiranja temelja. Odsjeci platforme gdje je temelj potopljen ispod sedimentnog pokrivača nazivaju se ploče(na primjer, ruska ploča). Mjesta gdje stijene temelja platforme dolaze na dnevnu površinu nazivaju se štitovi(na primjer, Baltički štit).

Na dnu okeana razlikuju se tektonski stabilna područja - thalassocratons i pokretni tektonski aktivni pojasevi - georiftogenals. Potonji prostorno odgovaraju srednjeokeanskim grebenima s naizmjeničnim izdizanjima (u obliku podmorja) i slijeganjima (u obliku dubokovodnih depresija i rovova). Zajedno s vulkanskim manifestacijama i lokalnim izdizanjem okeanskog dna, okeanske geosinklinale stvaraju specifične strukture otočnih lukova i arhipelaga, izražene na sjevernoj i zapadnoj margini Tihog oceana.

Kontaktne zone između kontinenata i okeana podijeljene su u dvije vrste: aktivan I pasivno. Prvi su žarišta najjačih potresa, aktivnog vulkanizma i značajnog obima tektonskih kretanja. Potonji su primjer postupne promjene kontinenata kroz police i kontinentalne padine do dna oceana.

Dinamika litosfere. Ideje o mehanizmu formiranja zemaljskih struktura razvijaju naučnici različitih pravaca, koji se mogu kombinovati u dvije grupe. Predstavnici fxizam polaziti od tvrdnje o fiksnom položaju kontinenata na površini Zemlje i prevlasti vertikalnih kretanja u tektonskim deformacijama slojeva zemljine kore. Pristalice mobilizam primarna uloga se daje horizontalnim pokretima. Glavne ideje mobilizma formulirao je A. Wegener (1880-1930) kao hipoteza o pomeranju kontinenata. Novi podaci dobijeni u drugoj polovini 20. veka omogućili su razvoj ovog pravca ka modernoj teoriji neomobilizam, objašnjavajući dinamiku procesa u zemljinoj kori zanošenjem velikih litosferskih ploča.

Prema savremenoj strukturi zemljine kore, u centralnim delovima okeana, granice litosferskih ploča su srednjeokeanskih grebena sa zonama rasjeda duž njihovih osa. Duž periferije okeana, u prijelaznim zonama između kontinenata i dna okeanskog basena, geosinklinalni pokretni pojasevi sa naboranim vulkanskim otočnim lukovima i dubokovodnim rovovima duž njihovih vanjskih rubova. Postoje tri opcije za interakciju litosferskih ploča: neslaganje, ili širenje; sudar, praćeno, ovisno o vrsti dodirnih ploča, subdukcijom, edukcijom ili sudarom; horizontalno slip jedna ploča u odnosu na drugu. Što se tiče problema nastanka okeana i kontinenata, treba napomenuti da se on trenutno najčešće rješava prepoznavanjem fragmentacije zemljine kore na više ploča, čije je razdvajanje uzrokovalo formiranje ogromnih depresija koje zauzima ocean. vodama.

Formiranje savremenog izgleda Zemlje. IN Kroz istoriju Zemlje, lokacija i konfiguracija kontinenata i okeana stalno su se mijenjali. Prema geološkim podacima, kontinenti Zemlje su se ujedinili četiri puta. Rekonstrukcija faza njihovog formiranja u proteklih 570 miliona godina (u fanerozoiku) ukazuje na postojanje posljednjeg superkontinenta - Pangea sa prilično debelom, do 30-35 km kontinentalnom korom, formiranom prije 250 miliona godina, koja se raspala na gondvana, zauzimaju južni deo zemaljske kugle, i Laurasia, ujedinio sjeverne kontinente. Kolaps Pangee doveo je do otvaranja vodenog tijela, u početku u obliku paleo-pacifik okean i okean Tetida, a kasnije (prije 65 miliona godina) - moderni okeani. Sada gledamo kako se kontinenti udaljavaju. Teško je zamisliti kakva će biti lokacija modernih kontinenata i okeana u budućnosti. Prema S. V. Aplonovu, moguće ih je ujediniti u peti superkontinent, čiji će centar biti Evroazija. V. P. Trubitsyn vjeruje da bi se za milijardu godina kontinenti mogli ponovo okupiti na Južnom polu.

Atmosfera - Ovo je spoljna gasovita ljuska Zemlje. Donja granica atmosfere je površina Zemlje. Gornja granica prolazi na visini od 3000 km, gdje gustoća zraka postaje jednaka gustoći materije u svemiru.

Atmosferski zrak se gravitacijom drži blizu površine zemlje. Ukupna težina atmosfere je 5,13610 15 tona (prema drugim izvorima - 5,910 15 tona), što odgovara težini 10 m sloja vode ravnomjerno raspoređenog po Zemlji ili sloja žive debljine 76 cm. Težina prekrivenog vazdušnog stuba određuje veličinu atmosferskog pritiska, koji na površini zemlje u proseku iznosi 760 mm Hg. Art., ili 1 atm (1013 hPa, ili 1013 mbar).

Gustoća vazduha na nivou mora na temperaturi od 15°C u prosjeku iznosi 1,2255 kg/m 3, odnosno 0,0012 g/cm 3, na nadmorskoj visini od 5 km - 0,735 kg/cm 3, 10 km - 0,411 kg/cm 3, 20 km - 0,087 kg / cm 3. Na visini od 300 km, gustina vazduha je već 100 milijardi puta manja nego na površini Zemlje.

Sastav atmosfere. Atmosfera se sastoji od konstantnih i varijabilnih komponenti (tabela 5.2). TO trajno uključuju dušik (78% zapremine), kiseonik(21%) i inertnih gasova(0,93%).Stalnost količine aktivnih komponenti azota i kiseonika određena je ravnotežom između procesa oslobađanja slobodnog kiseonika i azota (uglavnom živih organizama) i njihove apsorpcije tokom hemijskih reakcija. Inertni gasovi ne učestvuju u reakcijama koje se dešavaju u atmosferi. varijable sastojci su ugljični dioksid, vodena para, ozon, aerosoli.

Tabela 5.2. Kompozicija atmosfere

vodena para odlaže do 60% toplotnog zračenja planete. Vodena para također obavlja još jednu važnu funkciju, zbog koje se naziva "glavno gorivo" atmosferskih procesa. Kada vlaga isparava (naime, na taj način se atmosfera popunjava vodenom parom), značajan dio energije (oko 2500 J) prelazi u otvoreni oblik, a zatim se oslobađa prilikom kondenzacije. To se obično dešava u visini naoblake. Kao rezultat takvih faznih prijelaza, velika količina energije kreće se unutar geografskog omotača, "hraneći" različite atmosferske procese, posebno tropske ciklone.

Vodena para i ugljični dioksid služe kao prirodni atmosferski filteri koji blokiraju dugovalno toplinsko zračenje sa zemljine površine. Zahvaljujući ovome, tamo Efekat staklenika,što određuje ukupno povećanje temperature zemljine površine za 38°C (njena prosječna vrijednost je +15°C umjesto -23°C).

Aerosolne čestice- to su suspendovana mineralna i vulkanska prašina, produkti sagorevanja (dim), kristali morske soli, spore i polen biljaka, mikroorganizmi. Sadržaj aerosola određuje nivo transparentnosti atmosfere. U vezi sa aktivnom antropogenom aktivnošću, povećan je sadržaj prašine u atmosferi. Kako pokazuju eksperimenti, s velikim sadržajem prašine, količina sunčevog zračenja koja dolazi na Zemlju može se smanjiti, što dovodi do promjena u vremenu i klimi planete. Najveći aerosoli jezgra kondenzacije- doprinose transformaciji vodene pare u vodene kapljice (oblake).

Vertikalna struktura atmosfere. Atmosfera je podijeljena na pet slojeva.

Donji dio atmosfere koji se nalazi neposredno uz zemljinu površinu naziva se troposfera. Prostire se preko polova do visine od 8 km, u umjerenim geografskim širinama - do 10-11 km, preko ekvatora - do 16-17 km. Ovdje je koncentrisano oko 80% ukupne mase atmosfere. Uočeno smanjenje temperature u ovom sloju (u proseku 0,6°C na 100 m) povezano je sa širenjem vazduha pod uticajem smanjenja spoljašnjeg pritiska sa visinom, kao i sa prenosom toplote sa zemljine površine. Sa prosječnom godišnjom temperaturom zraka od +15°C za cijelu Zemlju na nivou mora, na gornjoj granici troposfere, ona pada na -56°C. Smanjenje temperature zraka, kao i drugih meteoroloških vrijednosti, ne održava se uvijek, au nekim slučajevima odstupa od normalne, formirajući inverzije. Potonje su određene lokalnim geografskim razlozima.

Fizička svojstva zraka u troposferi su u velikoj mjeri određena prirodom interakcije s donjom površinom. Zbog neprekidnog miješanja zraka, njegov sastav u cijeloj debljini troposfere je konstantan. Troposfera sadrži najveći dio sve atmosferske vlage.

Blizu gornje granice troposfere nalazi se prelazni sloj - tropopauza debljine oko 1 km. Iznad tropopauze, vertikalna strujanja zraka ne rastu zbog razlika u njegovom zagrijavanju i vlaženju sa zemljine površine (atmosferska konvekcija).

Iznad troposfere, do oko 50 km, nalazi se stratosfera. Ranije je uzet kao izotermni sloj sa prosječnom temperaturom od -56°C. Međutim, novi podaci su pokazali da se izoterma uočava samo u njenom donjem dijelu, do otprilike 20 km, a na gornjoj granici temperatura raste do 0°C. Stratosferu prekriva moćna horizontalna cirkulacija s elementima vertikalnih kretanja, što doprinosi aktivnom miješanju zraka. Antropogeno zagađenje je praktički isključeno, ali ovdje prodiru proizvodi intenzivnih vulkanskih emisija koji traju dosta dugo i utiču na kosmičko zračenje, uključujući i sunčevo zračenje.

Karakteristika stratosfere je ozonski sloj, u čijem formiranju učestvuje sledeći fizičko-hemijski mehanizam. Budući da atmosfera selektivno prenosi elektromagnetno zračenje Sunca kroz sebe, sunčevo zračenje je neravnomjerno raspoređeno na površini zemlje. Kiseonik u vazduhu je u interakciji sa kratkotalasnim ultraljubičastim (UV) zračenjem, a kada molekul kiseonika O 2 apsorbuje dovoljno energije UV svetlost, on se raspada:

O 2 + UV svjetlo → O + O

Atomski kiseonik je veoma aktivan i vezuje molekul kiseonika da bi formirao molekul ozona:

atomski kiseonik (O) + molekularni kiseonik (O 2) → ozon (O 3)

To se obično događa na nadmorskoj visini od oko 25-28 km od površine zemlje, gdje se formira ozonski omotač. Ozon snažno adsorbuje ultraljubičaste zrake, koje su štetne za žive organizme.

Iznad stratosfere nalazi se na visini od 80-90 km mezosfera. Temperatura u ovom sloju ponovo opada i dostiže -107°C. Na nadmorskoj visini od 75-90 km uočavaju se "srebrni oblaci" koji se sastoje od kristala leda.

Nalazi se na nadmorskoj visini od oko 800-1000 km termosfera. Ovdje temperatura zraka ponovo raste do 220°C na visini od 150 km i 1500°C na visini od 600 km. Ovdje prevladava atomski kisik. Iznad 325 km, dušik se također disocira. Odnos između azota i kiseonika, koji je tipičan za niže slojeve atmosfere (78 i 21%), menja se na visini od 200 km i iznosi 45 odnosno 55%. Pod uticajem ultraljubičastih i kosmičkih zraka, čestice vazduha u termosferi se električno naelektrišu, što je razlog za pojavu aurore. Termosfera apsorbuje rendgensko zračenje solarne korone i podstiče širenje radio talasa.

Nalazi se iznad 1000 km egzosfera. Brzina kretanja atoma i molekula plinova ovdje dostiže treću svemirsku brzinu (11,2 km/s), što im omogućava da savladaju gravitaciju i rasprše se u svemiru.

Glavne karakteristike cirkulacije zraka u troposferi. Cirkulacija zraka nastaje zbog neravnomjerne raspodjele atmosferskog tlaka u blizini površine zemlje, što rezultira sistemima vjetrovi - usmjereno kretanje zraka iz područja visokog tlaka u područje niskog tlaka.baričko polje sastavni deo različitih vazdušnih masa, sastoji se od zasebnih baričkih sistema, među kojima i postojecikloni (područje niskog pritiska u centru i kretanja zraka u smjeru suprotnom od kazaljke na satu) ianticikloni (područje visokog pritiska u sredini i kretanje zraka u smjeru kazaljke na satu), barikudubljenja i grebena Isedla. Razlikovatitrajno centri djelovanja atmosfere - područja visokog ili niskog tlaka koja postoje cijele godine ili u određenom godišnjem dobu (islandska i aleutska niska, Azorska, havajska, sibirska visina). Preovlađujući transferi vazdušnih masa i njihova dinamika se manifestuju u pasati, monsun, povjetarac cirkulacije, u formiranju i migraciji kvazistacionarnihvazdušni frontovi na površini zemlje (nprintratropska zona konvergencije) Od posebnog interesa sutropski cikloni, zove u Atlantskom okeanuuragani u Pacifikutajfuni koji značajno ometaju svakodnevni život stanovnika mnogih primorskih zemalja Centralne Amerike, Jugoistočne Azije i drugih regija. Glavni parametri baričkih sistema su trajektorija, brzina kretanja, radijus djelovanja i atmosferski tlak u središtu formacije. Pokretni cikloni utiču na donju površinu, remete normalnu distribuciju hidrometeoroloških vrijednosti, uzrokujući oluje na kopnu i moru.