Budowa wnętrza Ziemi

Cele:
Uczeń:

- potrafi wymienić wszystkie warstwy wnętrza Ziemi i powierzchnie nieciągłości, które je rozdzielają;
- potrafi określić skład chemiczny warstw wnętrza Ziemi;
- zna średnią wartość stopnia geotermicznego;
- jest przekonany o znaczącej roli astenosfery w procesie kształtowania obecnego rozkładu lądów na Ziemi;
- zna metody bezpośrednie i pośrednie badań wnętrza Ziemi.

Treści przedstawiane na lekcji:
Wnętrze Ziemi składa się z kilku warstw podobnie jak atmosfera. Najbardziej zewnętrzną warstwą jest skorupa ziemska. Pozostałe warstwy znajdują się na znacznej głębokości, dziś niedostępnej dla człowieka.
Najgłębsze otwory wykonano w Rosji. Mają ponad 12 kilometrów i znajdują się na Półwyspie Kolskim i na wyspie Sachalin. Wiercenie głębszych otworów byłoby bardzo trudne zwłaszcza z powodu stale zwiększającej się temperatury i ciśnienia.
Temperatura wzrasta średnio o 1⁰C na 33 m głębokości (stopień getermiczny) i o 1 atmosferę na 3,7 m. Jednak nie wszędzie jest taki sam przelicznik, np. w RPA w najgłębszych kopalniach świata sięgających 3500 m głębokości, temperatura wynosi ok. 50⁰C. Powyżej 100 km. wzrost temperatury występuje w dalszym ciągu, ale jest wolniejszy.
Skorupa ziemska jest częścią litosfery, czyli zewnętrznej powłoki kuli ziemskiej ograniczonej na powierzchni atmosferą i hydrosferą, a w głębi astenosferą. W jej skład wchodzi jeszcze górna część kolejnej warstwy: płaszcza Ziemi (warstwa perydotytowa). Litosfera jest w całości w stałym stanie skupienia.
Skorupa ziemska dzieli się na warstwę granitową tzw. SiAl i warstwę bazaltową tzw. SiMę. Nazwy pochodzą od dominującej zawartości pierwiastków: krzemu, magnezu i glinu. Dzieli je powierzchnia nieciągłości Conrada. Powierzchnia nieciągłości znajduje się również na granicy między skorupą ziemską, a płaszczem Ziemi. Jest to powierzchnia nieciągłości Mohorovičicia (Moho) występująca na głębokości od 7 do 40 km. Najpłycej znajduje się pod oceanami. O istnieniu tych powierzchni świadczą nagłe spadki prędkości fal sejsmicznych i można zaobserwować ich załamanie.
Pod skorupą ziemską znajduje się płaszcz Ziemi aż do głębokości 2900 km. Materia mineralna tej warstwy składa się głównie z magnezu i żelaza. Materiał płaszcza jest w stanie skupienia ciekłym i ma zdolność do przemieszczeń konwekcyjnych, kształtujących powierzchnię Ziemi.
Płaszcz Ziemi dzieli się na górny i dolny, oddzielone od siebie powierzchnią nieciągłości Golicyna.
W górnej części tego płaszcza występuje astenosfera (80-350 km głębokości). Strefa ta jest plastyczna i szczególnie podatna na przemieszczenia i odkształcenia, co jest źródłem poziomych przemieszczeń najwyższych warstw globu. W astenosferze występują prądy konwekcyjne magmy, doprowadzające do rozsuwania i zrostu płyt tektonicznych Ziemi.
Pod płaszczem Ziemi znajduje się jądro składające się z jądra zewnętrznego i wewnętrznego (odpowiednio od 2900 km do 5900 km i od 5900 km do środka Ziemi). Jądro jest oddzielone od płaszcza Ziemi powierzchnią nieciągłości Wiecherta-Gutenberga.
Cechą charakterystyczną jądra zewnętrznego jest jego ciekły stan skupienia z uwagi na ogromną temperaturę powyżej 4500⁰C. Jego materia składa się głównie z żelaza i siarki.
Jądro wewnętrzne jest już stałe z uwagi na jeszcze większe ciśnienie powodujące wielokrotnie większą gęstość skał niż na powierzchni. Panuje tam temperatura ok. 6000⁰C Materia jest metaliczna i składa się głównie z takich pierwiastków, jak: żelazo i nikiel.
Jądro wewnętrzne jest oddzielone od jądra zewnętrznego powierzchnią nieciągłości Lehmann.
Człowiek ma utrudnione zadanie, chcąc badać wnętrze Ziemi.
Można badać skały wydostające się z wulkanów lub z głębokich odwiertów. Jest to przykład metod bezpośrednich badań wnętrza Ziemi.
Dla uzyskania całkowitego obrazu wnętrza Ziemi, nie jest możliwe korzystanie tylko z metod bezpośrednich. Geolodzy uzyskują jeszcze znaczącą ilość informacji na podstawie rozchodzących się fal sejsmicznych, ich załamania i zmiany kierunku rozchodzenia się. Na tej podstawie uzyskuje się przede wszystkim dane o rodzaju i gęstości skał pod powierzchnią Ziemi. Analiza przebiegu fal sejsmicznych należy do metod pośrednich badań wnętrza Ziemi.

Zadania i polecenia:
Minimum:
1. Wymień nazwy warstw wnętrza Ziemi.
2. Wyjaśnij znaczenie pojęcia: stopień geotermiczny.
3. Wyjaśnij, dlaczego oprócz nazw skorupa ziemska, płaszcz ziemski i jądro Ziemi, stosuje się jeszcze określenie litosfera?
4. Wymień znane Ci metody pośrednie i bezpośrednie badań wnętrza Ziemi.
Na lepszą ocenę:
1. Wyjaśnij rolę astenosfery w procesie kształtowania obecnego rozkładu lądów na Ziemi.
2. Określ przebieg temperatury we wnętrzu Ziemi wymieniając czynniki mające wpływ na jej zmiany.
3. Wymień nazwy powierzchni nieciągłości, rozdzielających poszczególne warstwy wnętrza Ziemi.

Zapis lekcji:
1. Charakterystyka warstw wnętrza Ziemi.
2. Stopień geotermiczny.
3. Znaczenie astenosfery w procesie kształtowania obecnego rozkładu lądów na Ziemi.
4. Metody bezpośrednie i pośrednie badań wnętrza Ziemi.