Bài giảng địa chất đại cương - Tiến sĩ Nguyễn Văn Canh ppt

Các môn khoa học nghiên cứu thành phần vật chất của vỏ trái ựất như tinh thể học, khoáng vật học, thạch học.... Vật chất trong Trái ựất và quá trình hoạt phát triển của các hiện tượng ựị

ðỊA CHẤT ðẠI CƯƠNG CHƯƠNG I NHỮNG NÉT ðẠI CƯƠNG VỀ MÔN HỌC

I ðịa chất học và nội dung nghiên cứu của nó

cơ sở của ñịa chất học Rất quan trọng vì phục vụ cho việc học các môn chuyên môn về ñịa chất ở những năm trên

2 ði tng và nhim v c a ña cht h c

ðối tượng: Phần vật chất cứng của vỏ Trái ñất như thành phần vật chất tạo thành cấu trúc của chúng quá trình hình thành, biến ñộng và tiến triển của chúng

Nhiệm vụ của ñịa chất học: Trong lĩnh vực tìm kiếm thăm dò ñịa chất, môn học có nhiệm vụ nghiên cứu sự hình thành, quy luật phân bố của các tài nguyên khoáng sản, bao gồm cả nguồn năng lượng ñể ñưa vào sử dụng có ích cho con người

ðối với các lĩnh vực ñịa chất công trình, ñịa chất thuỷ văn và các ngành có liên quan thì ñịa chất học ñóng góp những hiểu biết cần thiết cho công tác xây dựng, thiết kế Qui hoạch kinh tế, ñô thị, bảo vệ môi trường sống, phòng chống thiên tai (như ñộng ñất, núi lửa, lũ lụt, sạt lở, nhiễm mặn ) cho ñến cả khai thác

ưu thế tiềm năng về du lịch

ðịa chất học còn cung cấp những cứ liệu khách quan góp phần thúc ñẩy các ngành khoa học phát triển, kể cả về mặt triết học duy vật biện chứng và ñời sống văn minh tinh thần, ñóng góp cho sự phát triển về mặt nhận thức luận và phương pháp luận ñịa chất học bắt nguồn từ một môn khoa học phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong thời kỳ tiền tư bản chủ nghĩa, dần dần hình thành rất nhiều chuyên ngành ñi sâu giải quyết các nhiệm vụ trên Có thể bao gồm các môn khoa học sau:

1 Các môn khoa học nghiên cứu thành phần vật chất của vỏ trái ựất như tinh thể học, khoáng vật học, thạch học

2 Nghiên cứu về lịch sử phát triển ựịa chất vỏ Trái ựất như cổ sinh vật học, ựịa sử, ựịa tầng học, cổ ựịa lỌ, kỷ đệ tứ

3 Nghiên cứu chuyển ựộng của vỏ như ựịa chất cấu tạo, ựịa kiến tạo, ựịa mạo, tân kiến tạo

4 Nghiên cứu sự hình thành, phân bố của khoáng sản, cách tìm kiếm thăm dò chúng, bao gồm các môn học như khoáng sàng học, ựịa chất dầu, ựịa chất mỏ than, tìm kiếm thăm dò các khoảng, ựịa hoá, ựịa vật lỌ, kinh tế ựịa chất, khoan thăm dò

5 Nghiên cứu sự phân bố và vận ựộng của nước dưới ựất như ựịa chất thuỷ văn, ựộng lực nước dưới ựất

6 Nghiên cứu các ựiều kiện ựịa chất các công trình xây dựng như các môn ựịa chất môi trường, ựịa chấn, ựịa chất du lịch

Từ những nhiệm vụ, nội dung khái quát nêu trên có thể rút ra ựược ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của ựịa chất học và ựịa chất ựịa cương

Vật chất trong Trái ựất và quá trình hoạt phát triển của các hiện tượng ựịa chất xảy ra trong những ựiều kiện vật lý, hoá học, sinh học và các ựiều kiện tự nhiên khác vô cùng phức tạp, vì thế ựịa chất học có liên quan mật thiết với nhiều ngành khoa học: vật lý, hoá học toán học, sinh vật học, cơ học đ.C.H sử dụng các thành quả nghiên cứu sử dụng các phương pháp nghiên cứu của các ngành khoa học nói trên Từ ựó ựã nảy sinh các môn khoa học có tắnh liên kết mà mục ựắch là nhằm giải quyết các nhiệm vụ của ựịa chất học đó là: địa vật lý: ựịa hoá, sinh ựịa hoá, ựịa chất phóng xạ, toán ựịa chất, ựịa cơ học, ựịa chất mô phỏng

Cũng như các ngành khoa học khác, nhờ những công cụ, thiết bị hiện ựại ựịa chất học hướng sự nghiên cứu vào cả thế giới vật chất của Trái ựất trong phạm vi vĩ mô cũng như vi mô Mặt khác ựịa chất học còn hướng vào quá khứ lâu dài trước khi có dấu vết của sự sống nảy sinh đi vào những vấn ựề cụ thể, ựịa chất học có xu hướng

- Tìm hiểu dần vào sâu trong vỏ ựến nhân Trái ựất độ sâu trực tiếp mà con người với ựến ựược với những lỗ khoan sâu trên 10 km ở Mỹ và Liên Xô

- Tìm hiểu mối liên hệ của Trái ựất như là một thiên thể vũ trụ, với các hành tinh trong hệ mặt trời và xa hơn là trong vũ trụ

- Nghiên cứu các hành tinh gần Trái ựất như nghiên cứu Mặt trăng, sao Hoả, sao Kim qua ựó mà hiểu ựược sự phát sinh của Trái ựất Những số liệu và kiến thức năng cung cấp cho sự hoàn thiện môn ựịa chất vũ trụ học

II Các phương pháp nghiên cứu của ựịa chất học

1 đa cht h c là một môn học khoa học tự nhiên Giống như các ngành khoa

học tự nhiên khác, địa chất học sử dụng phương pháp nghiên cứu theo logich khoa học tự nhiên như theo trình tự ựi từ quan sát ựến phân tắch xử lý số liệu, tiến ựến quy nạp tổng hợp ựề xuất các giả thuyết, ựịnh luật

Tuân theo phương pháp luận của duy vật biện chứng, nghĩa là ựi từ thực tiễn ựến lý luận rồi áp dụng vào thực tiễn theo một trình tự tiến triển dần của nhận thức luận

2 Tuy nhiên, ựi tng nghiên cu c a ựa cht h c có những ựặc thù riêng

khác với các ngành khoa học khác đó là:

a đối tượng nghiên cứu của môn học chủ yếu là vỏ Trái ựất đó là ựối tượng yêu cầu phải nghiên cứu tại thực ựịa, ở ngoài trời chứ không phải chỉ có trong phòng

b đối tượng ựó lại chiếm một không gian vô cùng sâu rộng, vượt xa khả năng trực tiếp quan sát nghiên cứu của con người (Lỗ khoan siêu sâu mới ựạt

12 km xuyên vào lòng ựất) đối tượng nghiên cứu có qui mô hàng trăm hàng nghìn ki-lô-mét, nhưng cũng có cái chỉ sâu ựộ vài mét, vài cen - ti - mét ựến micron

c Thời gian diễn biến các quá trình ựịa chất rất dài, trải qua hàng vạn, hàng triệu năm nhưng cũng có hiện tượng chỉ xảy ra trong một vài giờ, vài phút, vài giây như các hiện tượng ựộng ựất, núi lửa

d Quá trình ựịa chất phát sinh và phát triển lại rất phức tạp, chịu nhiều yếu

tố chi phối tác ựộng Vắ dụ những quá trình ựịa chất xảy ra ở sâu có thể chịu nhiệt

ựộ tăng cao tới 4000 Ờ 600000C, áp suất ựến 3 - 106 atm khác xa với ựiều kiện ở trên mặt

Vì những lẽ trên, các phương pháp nghiên cứu của ựịa chất học còn có những ựiểm riêng biệt Môn học còn sử dụng:

- Phương pháp nghiên cứu ngoài thực ựịa bao gồm khảo sát, thu thập

mẫu, phân tắch từ kết quả có ựược dự ựoán những khảo sát, phát hiện mới Các quan sát trực tiếp ngoài thực ựịa về sau ựược nhiều phương tiện máy móc thay thế và nâng cao hiệu quả nghiên cứu như máy móc địa - vật lỌ, các công trình khoan đặc biệt các phương tiện viễn thám (máy bay, vệ tinh, con tàu vũ trụ) ựã

mở rộng tầm mắt, nối dài tầm tay cho con người Ngày nay nghiên cứu địa chất nhất là trong đo vẽ bản đồ địa chất khơng thể thiếu được cơng tác phân tích ảnh viễn thám M.N.Petruxevich (1961) đã nhận xét rằng sự xuất hiện ảnh viễn thám với kính lập thể là một bước ngoặt lịch sử để nghiên cứu cấu trúc vỏ Trái đất, nĩ

cĩ ý nghĩa to lớn như sự xuất hiện kính hiển vi phân cực ở thế kỷ trước để tìm hiểu thành phần vật chất vi mơ

- Phương pháp nghiên cứu trong phịng được chú ý với những hướng sau:

Các phương pháp phân tích mẫu ngày càng được cải tiến với phương hướng nâng cao hiệu quả và tốc độ phân tích, đồng thời đi sâu vào cấu trúc bên trong của vật chất

Sử dụng phương pháp tổng hợp thực nghiệm (ví dụ trong việc tạo ra các

khống vật tổng hợp, các đá nhân tạo ) song song với xử lš, phân tích số liệu

- Phương pháp mơ phỏng trên cơ sở của nguyên lý tương tự để mơ hình

hố các quá trình biến dạng, biến động cấu tạo, sự hình thành các khống sàng Trong cơng tác thăm dị địa chất thường sử dụng mơ hình hố tốn học cĩ sự tham gia ngày một nhiều của máy tính điện tử

- Phương pháp hiện tại luận C.Lyell thực chất là “lấy mới suy cu‹ hay là

“Phương pháp so sánh lịch sử” Trong tác phẩm “Nguyên l› địa chất học‹ (1830) Lyell đã nêu nguyên tắc cơ bản “Hiện tại là chìa khố để hiểu được quá khứ” ðây là phương pháp nghiên cứu đặc trưng của địa chất học, khơng cĩ trong các mơn khoa học khác Theo nguyên tắc này thì những điều kiện mơi trường của hiện nay giải thích chi tình hình địa chất xa xưa Ví dụ ngày nay người ta thấy muối mỏ cĩ màu đỏ của ơxyt Fe do được hình thành trong điều kiện khơ hạn thì khi phát hiện được muối mỏ cĩ màu đỏ như thế trong một thời kỳ nào đĩ ta cĩ quyền suy đốn rằng lúc bấy giờ khí hậu là khơ ráo Cĩ thể nêu ra nhiều ví dụ tương tự Chẳng hạn như điều kiện phát sinh phát triển san hơ, điều kiện hình thành than trong đầm lầy, sự phân bố các trầm tích sơng ở cửa sơng Nếu hiểu biết được trong giai đoạn hiện nay các điều kiện tự nhiên, các yếu tố địa chất địa l› nào đĩ khống chế các đối tượng trên thì cĩ thể suy luận ra mơi trường, điều kiện địa chất tự nhiên lúc phát sinh, phát triển các đối tượng nĩi trên vào các thời đại mà chúng xuất phát

Phương pháp cũng cĩ mặt hạn chế: Hồn cảnh, điều kiện địa chất khơng phải trước kia mà bây giờ đều hồn tồn giống nhau hẳn mà cĩ sự diễn biến tiến hố nhất định Ví dụ trước Paleozoi, Trái đất cĩ nhiều SiO2, nhiều MgO hơn bây

giờ Ví dụ những sinh vật lúc trước ở biển nông, bây giờ tồn tại ở biển sâu Do

ñó khi suy luận phải thận trọng

Khi phân tích các hiện tượng ñịa chất cổ xưa, trong các nhà nghiên cứu ñã

ñề xuất khái niệm về ñồng biến luận (Uniformitarism) và tai biến luận (Catastrophism) Có người cho là quá trình tiến hoá của ñịa chất là quá trình kịch phá, ñột ngột (tai biến) Chúng ta không nên cực ñoan theo một chiều hướng nào Thực tiễn cho thấy Trái ñất tồn tại cả hai dạng Chẳng hạn phải hàng ngàn năm, triệu năm mới có một bề dày trầm tích ñáng kể tức là mỗi năm chỉ lắng ñọng ở ñáy biển một lớp trầm tích ñộ vài cm thậm chí chỉ vài mm Mặt khác cũng

có hoạt ñộng núi lửa, bão tố chỉ trong một thời gian rất ngắn ngủi của một vài ngày, một vài giờ, ñã gây ra những thay ñổi lớn Một hiện tượng tai biến xảy ra trước ñây 65 triệu năm (từ cuối Crêta ñến ñầu Oaleogen) dẫn ñến diệt chủng của hơn 250 loài bò sát từ loại khủng long nặng 50 tấn cho ñến loại nhỏ cỡ con mèo Một số nhà khoa học tên tuổi từng ñược giải Nôbel cho rằng tai biến này xảy ra

là do Trái ñất va chạm vào một thiên thể từ bên ngoài tới

- Phương pháp ñối sánh ñịa chất: Sử dụng những tài liệu về ñịa chất ñã

ñược nghiên cứu hiểu biết kỹ của một khu vực, một vùng ñể liên hệ so sánh và rút ra kết luận ñúng ñắn cho nơi mình ñang nghiên cứu Ví dụ khi nghiên cứu vùng than ở Than Thùng Yên Tử, mạo Khê - Tràng Bạch có thể ñối sánh với vùng than ở Hoàn Gai Có thể nghiên cứu ñối với các vùng than có ñiều kiện ñịa chất tương tự, chẳng hạn vùng than ở Nông Sơn, Ngọc Kinh Việc ñối sánh ñịa chất không chỉ làm trong nước mà còn liên hệ ñối sánh với các tài liệu của nước ngoài Chẳng hạn có thể ñối sánh tình hình ñịa chất khoáng sàng apatit ở Lao Cai với vùng photphorit ở Côn Minh (Trung Quốc), ở Liên Xô

- ðặc biệt từ nửa sau thế kỷ này nhiều thành tựu và phương pháp nghiên cứu của các ngành khoa học khác, nhất là khoa học cơ bản ñã thâm nhập vào ñịa chất học, hình thành những phương pháp nghiên cứu mới như phương pháp

mô hình hoá Các phương pháp xử l› bằng máy tính các dữ liệu của ñịa chất (cả những vấn ñề mà trước kia các nhà ñịa chất cho là không thể dùng toán học và máy tính giải quyết ñược)

III ðịa chất học và sự phát triển cơ sở tài nguyên khoáng sản, phát hiện nền kinh tế của ñất nước

ðịa chất là cơ sở lý luận khoa học bao gồm cả l› thuyết và thực hành giúp cho việc phát hiện, thăm dò các tài nguyên khoáng sản có ích ñiều tra và ñánh giá các nền móng cho các công trình xây dựng kiến trúc phòng chống các hiện

tượng ðịa chất gây tác hại cho cuộc sống loài người Vì thế mỗi quốc gia ñều có

cơ sở tổ chức nghiên cứu về ðịa chất cho nước mình ñể tiến hành các mặt công tác

Về lĩnh vực ñiều tra khoáng sản: Thông qua việc lập các bản ñồ ðịa chất

từ các tỷ lệ khái quát ñến chi tiết nhà nước hiểu biết ñược tiềm năng các mặt về ðịa chất khoáng sản (loại hình, qui mô, hàm lượng, trữ lượng, khả năng khai thác và sử dụng trong công nghiệp) cung cấp các số liệu ðịa chất giúp cho quy hoạch hoá kinh tế

Tìm hiểu khai thác nước dưới ñất, quy hoạch sử dụng nước dùng và nước phục vụ cho nông nghiệp trong phạm vi toàn quốc và khu vực

Cung cấp các tư liệu về tính chất và ñộ ổn ñịnh các nền móng phục vụ cho việc thiết kế, chọn tuyển ñường giao thông, xây dựng cầu cống, ñập nước, ñê ñiều, cảng, các công trình kiến trúc

Cung cấp những tư liệu cần thiết giúp cho việc bảo vệ môi trường ñược trong sạch, ñảm bảo ñiều kiện sống, ñiều kiện vệ sinh cho nhân dân (ví dụ không nên sống ở vùng ñộ phóng xạ vượt mức cho phép, giải quyết việc nhiễm mặn ở ñồng bằng sông Cửu Long, vấn ñề nước dùng ở Tây Nguyên ) dự báo và phòng chống các thiên tai về ðịa chất các hiện tượng ðịa chất có hại

CHƯƠNG II NGUỒN GỐC TRÁI ðẤT

I Khái niệm chung

Nguồn gốc Trái ñất và sự tiến hoá của nó từ xưa ñã ñược con người và nhiều ngành khoa học như thiên văn, ñịa lý ðịa chất, vật lý, triết học quan tâm nghiên cứu giải thích Nhận thức trải qua nhiều giai ñoạn Trước thế kỷ XVIII việc giải thích thường mang màu sắc thần bí, duy tân, tôn giáo Từ thế kỷ XVIII trở ñi việc giải thích gắn với các giả thuyết khoa học Ngày nay người ta nhận thấy sự hình thành và phát triển của Trái ñất có liên quan với thành phần vật chất, các diễn biến tiến hoá của các trường ðịa - vật lý, các trạng thái ñịa nhiệt, với nguồn gốc của các vòng quyển bao quanh Trái ñất Mặt khác nhiều tư liệu cho thấy sự hình thành Trái ñất chịu ảnh hưởng rất lớn của các hệ thống thiên thể gần và xa trong vũ trụ, trước mắt quan trọng hơn cả là hệ Mặt trời Những biến ñổi lớn về mặt ðịa chất, khí hậu trên Trái ñất phản ánh sự tiến hoá của các thiên thể trong

hệ Mặt trời

II Hệ mặt trời và các ñặc ñiểm cơ bản

1 Ví trí c a Trái ñt trong vũ tr

Trái ñất là một thiên thể trong vũ trụ Vũ trụ là thế giới vật chất bao quanh (“Vũ” là khái niệm về không gian không bờ bến,”Trụ” là khái niệm về thời gian không ñầu, không cuối) Trong vũ trụ có vô số hệ thiên thể (hệ sao) Hiện nay khoa học cho biết có ñến 10 tỷ hệ sao, hệ xa nhất mà con người có thể quan sát ñược với trình ñộ kỹ thuật hiện ñại là 1010 năm ánh sáng (một năm ánh sáng bằng 94,6 x 1012 km) Khoảng cách giữa các hệ sao khoảng 1,6 x 109 năm ánh sáng

Trái ñất nằm trong hệ mặt trời Hệ Mặt trời nằm trong một hệ lớn hơn nhiều gọi là hệ Ngân Hà Hệ Ngân Hà lại là một hệ nhỏ trong một hệ sao lớn hơn gọi là Thiên Hà Nhiều Thiên hà nằm trong một hệ lớn hơn nữa là Siêu Thiên Hà

Trái ñất

Hệ mặt trời

Hệ Thiên

hà

Hệ Siêu Thiên Hà

2 H Ngân Hà

Nhìn thẳng có dạng xoáy tròn, nhìn nghiêng có hình dẹp, ñường kính ñộ

100 000 năm ánh sáng, ở trung tâm dày ñộ 6,6 nghìn năm ánh sáng Trong hệ Ngân Hà có ñộ 150 tỷ sao (bao gồm hằng tinh, tinh vân và các loại bụi sao, tia xạ) Mặt trời chỉ là một hằng tinh trung bình trong hệ Ngân Hà, nằm cách trung

tâm Ngân Hà ñộ 27.700năm ánh sáng (có hằng tinh thể tích lớn hơn Mặt trời 10

tỷ lần, bề dày lớn hơn hàng mấy trăm nghìn lần, tỷ trọng lại chỉ bằng một phần 10 triệu) Các hằng tinh trong hệ Ngân Hà rất khác nhau Có loại thể tích nhỏ hơn Mặt trăng , ñộ sáng nhỏ hơn Mặt trời vài trăm nghìn lần nhưng tỷ trọng lại lớn hơn Mặt trời vài trăm nghìn lần Có loại hằng tinh ra là các tinh vân gồm các thể khí và các bụi tạo thành dưới dạng mây mù Có loại tinh vân ra là các tinh vân gồm các thể khí và các bụi tạo thành dưới dạng mây mù Có loại tinh vân phát sáng, có loại mờ, có loại rất lớn, ñường kính gấp 26 300 lần so với Mặt trời, nhưng tỷ trọng chỉ bằng 1/10 ñến một vài phần trăm của mặt trời

Giữa hằng tinh và tinh vân chứa ñầy các vật chất của sao do các bụi mây tạo thành (ñường kính bụi mây từ 0,3 - 3 (m, tỷ trọng rất bé, chỉ bằng của bụi ở mặt ñất vài phần của 1000 tỷ)

Ngân Hà là một hệ sao nhỏ của vũ trụ Qua những bức ảnh chụp những năm gần ñây nhận thấy chúng có dạng trứng, dạng elipxoid, dạng thấu kính và

ña số là dạng xoáy ốc

3 H Mt tri

Hệ mặt trời gồm có mặt trời và quay quanh mặt trời có 9 hành tinh, từ trong ra ngoài là Thuỷ tinh (Meccuya), Kim tinh (Vecne) Trái ñất (ðịa tinh), Hoả tinh (Mars), Mộc tinh (Jupiter), Thổ tinh (Saturn), Thiên Vương tinh (Uran), Hải Vương Tinh (Neptuyn), Diêm Vương Tinh (Pluton) Nếu lấy quỹ ñạo của Diêm Vương Tinh là ranh của hệ thì ñường kính của hệ Mặt trời là 11,8 x 109 km (tương ñương 7,9 ñơn vị thiên văn (ðơn vị thiên văn là khoảng cách từ Trái ñất tới Mặt trời, khoảng 150 triệu kilômet) Trong hệ mặt trời ngoài các hành tinh và Mặt trời còn có trên 50 vệ tinh quay quanh các hành tinh, vô số thiên thạch, sao chổi, hạt bụi, khí và các tia bức xạ, tia vũ trụ Giữa sao Hoả và sao Mộc có trên

2100 hành tinh nhỏ, trên 600 sao chổi

Trong khoảng không khí vũ trụ sự phân bố của các sao trong mặt trời là rất thưa Ví dụ khoảng cách từ Trái ñất tới Mặt trời là 150 triệu kilômét, trong khi ñường kính của mặt trời là 1 392 000km, ñường kính của Trái ñất là 12 742

km

+ Mặt trời có ñường kính lớn hơn của Trái ñất 109 lần, thể tích lớn hơn thể tích Trái ñất 1 300 000 lần, khối lượng vật chất gấp 333.000 lần của Trái ñất nhưng tỷ trọng chỉ bằng 1/4 của Trái ñất Phân tích quang phổ thấy mặt trời có

73 loại nguyên tố, nhiều nhất là H, chiếm 71%, sau ñó là He 26,5%, rồi ñến các

khí O, C, N, Ne chiếm 2% Mg, Hg, Si, S, Fe, Ca chiếm độ 0,4%, cịn hơn 60 loại nguyên tố khác chỉ chiếm 0,1%

Nhiệt độ trên bề mặt của mặt trời tới 60000C, cịn bên trong dự đốn cĩ thể tới 20 x 106C Mặt trời là một khối cầu khí nĩng chảy, khơng cĩ quyển đá và quyển nước

Trên bề mặt trời phân bố vơ số đốm sáng cĩ đường kính 1000 km là nơi nhiệt và khí nĩng phát triển cao Cĩ lúc cĩ những đốm đen (sunspot), đĩ là những ơ xốy nhiệt độ thấp hơn nhiệt của bề mặt trời đến 10000C hoặc hơn ðường kính của chúng khơng giống nhau, loại lớn đến 59.200 km ðốm đen thường thay đổi kích thước và vị trí của nĩ Khi nhiều điểm đen xuất hiện thì cường độ từ trường tăng lên và gây ảnh hưởng Trái đất như là làm xuất hiện hiện tượng cực quang, gây ra bão từ, làm rối loạn từ trường Trái đất Lúc điểm đen trên mặt trời xuất hiện nhiều nhất thì ở các điểm sáng nhiệt độ cĩ thể tăng lên đến 1,5 - 100 x 1040C tạo ra những điểm sáng chĩi gây ra hiện tượng bức xạ điện từ mãnh liệt, hiện tượng cực quang vơ cùng đẹp và bão từ

Trên Mặt trời cịn cĩ quầng sáng Mặt trời cịn cĩ thể làm lan rộng ngồi Mặt trời đến độ cao với đường kính gấp mấy lần của đường kính Mặt trời Nhiệt

độ ở quầng cĩ thể đến 1010oC tạo ra một luồng giĩ mang hạt electron gọi là giĩ mặt trời, thổi với tốc độ 300 - 600 km/s Giĩ mặt trời cũng gây ra cực quang và biến động địa từ

Về cấu trúc bên trong của mặt trời chỉ suy đốn là ở đây cĩ tỷ trọng 160g/cm3, áp suất là 344 x 1012 Pa, nhiệt độ đến 15 x 106oC, thuộc loại siêu cao áp và siêu cao nhiệt Về nguồn gốc của năng lượng dự đốn là do nguồn năng lượng nhiệt hạch

+ Các hành tinh: Dựa vào các tài liệu gần đây của vệ tinh nhân tạo thu

thập, số liệu lấy từ đất đá của mặt trăng, số liệu của ngành khoa học mới Vũ trụ ðịa chất học (hoặc ðịa chất học đối sánh các hành tinh), dưới đây xin nêu một số đặc điểm chính của các hành tinh trong hệ mặt trời

Các thơng số của hành tinh trong hệ mặt trời được ghi trong bảng “Các tham số vật lý của các hành tinh trong hệ mặt trời”

Các nghiên cứu cho thấy thành phần vật chất của các hành tinh về căn bản khơng khác nhau mấy, chỉ cĩ tỷ lệ các thành phần và trạng thái tồn tạo của chúng cĩ biến đổi Ví dụ CO2 và H2O các hành tinh đều cĩ, nhưng Trái đất cĩ nhiều nhất ða số CO2 và H2O O ở các hành tinh khác đều ở trạng thái lỏng, CO2

ít khi ở dạng khí nhưng ở sao kim thì khí CO2 rất nhiều cịn khí H2O lại rất ít và

gần như không có H2O ở trạng thái nước Ở sao Hoả, tuyệt ñại bộ phận CO2 ở trạng thái rắn, H2O cũng như thế Trên sao Mộc khí khí H2 là chủ yếu còn trên sao Thổ thì các khí NH3 và H2 là chính (xem bảng)

ðiểm ñáng lưu ý là trên bề mặt các hành tinh thường quan sát thấy có các cấu tạo hình vòng và cấu tạo hố trũng Các vòng như sao Hoả là các miệng núi lửa tạo thành nón núi lửa Ví dụ núi lửa Olympic có ñường kính núi ñến 600 km, ñỉnh cao 25 km, ñường kính cửa miệng núi lửa ñến 65 km, các dung nham chảy

ra xung quanh thành hình vòng nan quạt Các hố trũng thường là các vết lõm do các thiên thạch rơi xuống gây ra Ở Trái ñất tại Bắc Mỹ, Nam Phi, Sibêri có ñến hơn 20 hố như thế

Những số liệu về sao Hoả những năm gần ñây thu thập ñược tương ñối nhiều cho thấy nó có nhiều nét giống với Trái ñất Từ ñó người ta nghĩ rằng có thể có sự sống trên sao Hoả Song những nghiên cứu mới nhất cho thấy khí quyển ở sao Hoả rất loãng, áp lực trên mặt chưa bằng 1% áp lực trên mặt Trái ñất Thành phần khí trên 90% là CO2, còn Oxy chưa ñến 0,1% (không thích hợp cho sự sống của con người) Lượng nước rất ít Nhiệt ñộ biến ñổi trong ngày rất lớn Máy ño ñặt ở sao Hoả cho thấy trong 24 giờ, nhiệt ñộ lúc coa nhất là - 310C, lúc thấp nhất là - 860C Trước mắt chưa thấy có dấu vết gì của sinh vật

Các tham số các hành tinh trong hệ mặt trời

Trái ñất

Sao Hoả

Sao Mộc

Sao Thổ

Sao Thiên vươn

g

Sao Hải vươn

g

Sao Diêm vươn

Các hành tinh đều cĩ từ trường và người ta đã đo được từ sao Thuỷ đến sao Thổ Cường độ từ trường trên bề mặt của sao Thuỷ chỉ bằng 1% cường độ

từ trường Trái đất nhưng lại lớn hơn cường độ từ trường của sao Kim và sao Hoả Từ trường ở sao Mộc lại rất mạnh (= 4 x 10 -4T), lớn hơn 100 lần của Trái đất Dự đốn sao Thổ, sao Thiên Vương cũng cĩ từ trường lớn

Cấu tạo bên trong của các hành tinh cĩ liên quan với trạng thái nhiệt và lực

ở bên trong với quá trình nhiệt (lịch sử nhiệt), và điều đĩ phản ánh ở các tác dụng phân dị, tác dụng núi lửa, chuyển động kiến tạo và hoạt động mác ma trong các hành tinh Các hành tinh đều cĩ cấu tạo 3 lớp là: Vỏ, manti (cùi) và nhân

Mơ hình cấu tạo bên trong hành tinh

170 km Fe – Ni nĩng chảy

Sao Kim Dày 100 km, silicat và

cacbonnát

Dày 1800 -2000 km, phần trên nĩng chảy, phần dưới rắn

3000 km Fe – Ni Nhân ngồi cĩ thể cĩ

Si Nhân trong thêm

Fe, K Sao Hoả Dày 200 km, silicat 2000 km Silicat 1200 km Fe và Fé

nĩng chảy Cĩ thể thêm K

Sao Mộc Dày 2700 km Phân tử

lỏng

3000 km kim loại H thể lỏng

4000 km Silicát nhiều sắt

Sao Thiên

Vương

Tầng phân tử H lỏng Băng nước và băng

NH3 Sao Hải

Nhóm ngoài từ sao Mộc ựến sao Diêm vương có nhiều ựặc ựiểm gần với sao Mộc Giữa hai nhóm có một ựai các tiểu hành tinh

+ Mặt trăng: Trong hệ mặt trời, có các thiên thể xoay quanh hành tinh, bản

thân không phát sáng đó là các vệ tinh Cho ựến nay các nhà thiên văn ựã xác ựịnh ựược Trái ựất chỉ có một vệ tinh là mặt trăng, sao Hoả có 2, sao Mộc - 16, sao Thổ - 23, sao Thiên vương - 5, sao Hải vương 2 và sao Diêm vương - 1, tổng cộng là 50 vệ tinh

- Bề mặt của mặt trăng: mặt trăng tự quay xung quanh nó cùng một chu

kỳ với chu kỳ quay quanh Trái ựất, do ựó luôn luôn chỉ có một mặt của nó hướng

về Trái ựất Mặt hướng về Trái ựất gọi là mặt trước, còn mặt kia là mặt sau Bề mặt của mặt trăng là một bề mặt lạnh lẽo, yên tĩnh vì trê nó không có nước, khắ quyển rất loãng (chưa bằng 1/1012 mặt ựộ không khắ của Trái ựất về mặt ựộ không khắ) Chắnh vì vậy trên mặt trăng không có các hiện tượng gió, mây, mưa, sấm sét, không có sinh vật Mức ựộ lồi lõm của bề mặt Mặt trăng rất lớn thể hiện

ở các chỗ sáng và tối Chỗ sáng gọi là Ổlục ựịa TrăngỢ có các núi nổi rõ Chỗ nói phân thành Ộbiển TrăngỢ, Ộhồ TrăngỢ, Ộcảng TrăngỢ, Ộựầm TrăngỢ, Ộthung lũng TrăngỢ, gọi theo cách liên hệ với mặt ựất ỘBiển TrăngỢ lớn nhất là ỘBiển bão tápỢ với diện tắch 5 triệu km2 ỘBiển MưaỢ nhỏ hơn, diện tắch khoảng 8,87 x 105 km2 Diện tắch của Ộlục ựịa TrăngỢ ở bề mặt sáng (mặt trước) bằng diện tắch Ộbiển TrăngỢ ựược giải thắch là do thiên thạch va ựập tạo thành

Cấu tạo ựứt vỡ Mặt Trăng cũng phát triển Có những ựường ựứt gãy sâu dạng tuyến dài hàng trăm ki lô mét, hoặc dạng vòng cung dài hàng chục ựến 200

- 300km định hướng chiếm ựa số rõ nhất là hai hệ đB - thắ nghiệm và TB - đN Một số Ộhố TrăngỢ có thể do ựứt gãy khống chế

Cấu tạo Ộrãnh hào của mặt TrăngỢ cũng khá rõ Chúng có hình dạng kéo dài và hẹp tuyến tắnh hoặc vòng cung, hoặc uốn cong, dài từ vài mươi kilômét ựến vài trăm kilômét, rộng từ vài trăm mét ựến 20 - 30 kilômét đa số có dạng tuyến rất rõ Cơ chế thành tạo giống kiểu ựứt gãy thuận của Trái ựất

Cấu tạo nếp nhăn là một dạng nếp lồi hẹp và dài hình dạng cong và kéo dài khá xa, thường phân bố song song với bờ ỘBiển TrăngỢ

Nhiều nhà nghiên cứu giải thắch ựấy chắnh là các cấu tạo ép nén ựo Ộbiển TrăngỢ sụt lún gây ra lực nén tạo nên

Thành phần vật chất của Mặt trăng: Các mẫu ựá lấy ở mặt trăng về cho thấy thành phần trên bề mặt của Mặt trăng chủ yếu là ựá macma bazan, macma plagiocla, các thuỷ tinh, ựất thổ nhưỡng trên mặt và dăm kết

Cấu tạo bên trong của Mặt trăng: Dựa vào tỷ trọng và sóng nguyệt chấn (máy ghi ựặt tại Mặt trăng do con tàu Apollo của Mỹ mang lên) thì cấu tạo bên

trong của Mặt trăng như sau: Từ ngoài vào có 3 lớp vỏ, manti và nhân (hình 2.1)

- Vỏ: Có ựộ dày khoảng 65 km - 150 km Từ trên mặt xuống ựộ sâu 1 -

2km chủ yếu là dăm kết và vụn ựá Từ 2 - 25 km chủ yếu là ựá bazan, còn từ 25 -

65 km thành phần gần giống với pyroxennit và Plagioclazit ở mặt trước của Mặt trăng vỏ dày 65 km, nhưng ở mặt sau dày ựến 150 km

- Manti: ở kilômét 65 có sự ựột biến sóng nguyệt chấn chứng tỏ chuyển

sang quyển manti Tốc ựộ truyền sóng tăng, có thể là ựá có nhiều olivin Dự ựoán ựến 800 km sâu, ựá tương ựối cứng, nhiệt ựộ ựến 16500C

- Nhân: Gần ựến nhân (bắt ựầu từ ựộ sâu 1388km) sóng ngang giảm mất

chứng tỏ ựến tầng nóng chảy Thành phần có lẽ không phải như ở Trái ựất, không do các loại Fe, Ni tạo thành vì tỷ trọng bình quân trên mặt là 3,3g/cm3, trong khi ựó tỷ trọng toàn bộ Mặt trăng cũng chỉ 3,34g/cm3, chênh lệch không ựáng kể

Hình 2.1 Cu to bên trong c a Mt trăng

+ Các tiểu hành tinh, sao chổi, thiên thạch:

Các tiểu hành tinh (asteroid) phân bố ở giữa sao Hoả và sao Mộc Trước kia theo công thức quỹ ựạo của sao dự ựoán phải có một hành tinh Sau ựó vào ngày một tháng giêng năm 1801 các nhà thiên văn ựã phát hiện ựược một ngôi sao nhỏ co ựường kắnh 760 km gọi là sao Thần đó là ngôi sao lớn nhất Sau ựó người ta tiếp tục phát hiện ựược nhiều tiểu hành tinh khác và cho ựến nay ựã biết ựược trên 2000 sau và dự ựoán phải có ựến mấy chục vạn sao đường kắnh các sao thường là 60 - 70 km, có loại nhỏ chỉ vài trăm m hình dạng có góc cạnh Chu

kỳ quay quanh mặt trời ựộ 3 năm

Sao chổi (Comet): đây là loại thiên thể ựặc biệt trong hệ mặt trời: Cấu tạo

của sao Chổi gồm 2 phần là ựầu sao Chổi và ựuôi sao Chổi đầu sao chổi rất sáng, ở phần giữa nhân của nó gồm các chất dạng mây rất dày, sáng gọi là Ộtóc sao chổiỢ, thành phần là các khắ, các nguyên tử, phân tử khắ bốc hơi của kim loại

và các hạt bụi Tỷ trọng của tóc sao chổi rất bé, nhỏ hơn chân không do con người tạo ra ựến 100 triệu lần đôi sao chổi cực sáng, hình dáng giống cái chổi, thành phần gồm các ựiện tử, nguyên tử, phân tử khắ Khi ở xa Mặt trời chưa thấy ựuôi Khi sao chổi ựến gần mặt trời, ựầu sao chổi chịu ảnh hưởng bức xạ mạnh của mặt trời làm cho Ộtóc sao chổiỢ nở ra ựẩy các hạt bụi ra sau tạo thành ựuôi

dài có thể 200 - 300 x 106km với ựường kắnh từ 50 - 250 x 103km Sao chổi cũng chuyển ựộng quanh mặt trời nhưng khác với các hành tinh khác là quỹ ựạo của chúng có hình elip rất dẹt Chu kỳ chuyển ựộng trên 200 năm Hệ mặt trời có nhiều sao chổi hiện nay các nhà thiên văn ựã phát hiện trên 600 ngôi, bình quân mỗi năm phát hiện ựược 6 ngôi mới

Thiên thạch (Meteorite): đó là hiện tượng sao băng mà thực chất là các

bụi, hạt trong vũ trụ khi ựi ngang Trái ựất bị Trái ựất hút rơi vào bầu khắ quyển và

bị ựốt cháy đa số cháy thành khắ bốc hơi, số chưa cháy hết rơi xuống ựất thành thiên thạch (ựá trời) Thống kê cho thấy mỗi năm xuất hiện khoảng 500 sao đa

số các thiên thạch rơi xuống biển, một số rơi trên lục ựịa và thường rơi xuống các vùng hoang vắng, trên núi Thiên thạch lớn nhất rơi xuống từ Namibi nặng ựến

59 tấn

Năm 1973 một thiên thạch lớn ựi vào miền Bắc Trung Quốc (Cát Lâm), lúc

ựi qua khắ quyển thì bốc cháy Nhiệt ựộ trên mặt thiên thạch ựến 35000C, còn không khắ xung quanh bị ựốt cháy ựến 20 0000C thành một quả cầu lửa rất lớn Thiên thạch nổ tung tạo ra một trận Ộmưa sao băngỢ và người ta ựã thu ựược ựến

200 mảnh tổng cộng nặng tới trên 2 tấn, trong ựó có một khối nặng 1770kg là thiên thạch ựá lớn nhất thế giới Trận Ộmưa thiên thạchỢ năm 1974 ở vùng Xikhôtê - Alin có trọng khối ựến 70 tấn rơi xuống ựất tạo ra 24 hố trũng rộng 8m ựến 26 m

Người ta chia thiên thạch ra thiên thạch ựá, thiên thạch sắt và thiên thạch sắt - ựá

Thiên thạch ựá (acrolite hoặc stone meteorite): Thành phần gần với

bazan Chúng ựược chia làm hai loại là thiên thạch hạt cầu và thiên thạch không hạt cầu

- Thiên thạch hạt cầu: Chiếm 84% lượng thiên thạch Thành phần có olivin

pyroxen các hạt Fe, Ni, Plagiocla và ắt khoáng vật khác Các khoáng vật thường tiết diện không quá 1mm, một số nhiễu mà có hình tròn đa số ở trạng thái thuỷ tinh Thành phần chủ yếu là các silicat chứa Fe, có thể là thành phần nguyên thuỷ của hành tinh, dự ựoán là do Mặt trời nguyên thuỷ nóng chảy và thoát rời khỏi mặt trời, ựông cứng lại tạo thành

- Thiên thạch không hạt cầu: Chiếm ựộ 8% số lượng thiên thạch và rất

giống các loại ựá mafic, siêu mafic của Trái ựất đa số có kiến trúc granit biến tinh

Thiên thạch sắt (Siderite): Chiếm ựộ 6%, thành phần chủ yếu là Fe, Ni và

một số nguyên tố khác Tỷ trọng 8 - 8,5g/cm3 đã từng gặp một khối nặng 30 tấn, trong ựó sắt chiếm 88,67%, Ni = 9,27%, còn lại là Co, P, Si, Cu

Thiên thạch sắt - ựá (hondrite): Chỉ chiếm 2% Thành phần hỗ hợp của sắt,

niken và silicat

Các thiên thạch nếu ựâm vào Trái ựất tạo ra một hố lớn với một ựộng năng lớn gây biến chất ựặc biệt cho nơi bị va chạm thì trọng lượng ắt nhất phải ựạt 10 -

100 tấn và tốc ựộ bay phải giữ ựược từ 10 - 70 km/s

Ý nghĩa của việc nghiên cứu thiên thạch: Nghiên cứu thiên thạch cũng

như các vệ tinh sao chổi có ý nghĩa giúp tìm hiểu thành phần vật chất của Mặt trời, của Trái ựất, tìm hiểu thời gian hình thành và nguồn gốc của Trái ựất Mặt trời, xây dựng các giả thuyết về sự tạo thành bề dày vật chất của Trái ựất Một số thiên thạch là ựá quý Thắ dụ Tectit ở Việt Nam là một loại thiên thạch màu ựen ựược sử dụng làm các chuỗi hạt, các loại ựồ trang sức Trước phát hiện nhiều ở miền Nam, ở Tây Nguyên, sau này cũng ựã tìm thấy ở nhiều nơi trên miền Bắc Theo một số nàh nghiên cứu thì thiên thạch rơi ở Xibia với ựộng năng lớn gay ựập vỡ với áp suất và nhiệt ựộ cao tạo ra các hạt kim cương

4 Nhận xét một số ựiểm chủ yếu về hệ mặt trời:

- Tất cả các hành tinh của hệ mặt trời ựều quanh mặt trời theo một phương hướng chung trên một quỹ ựạo gần với mặt phẳng xắch ựạo của Mặt trời Mặt phẳng quỹ ựạo chênh với mặt phẳng qu xắch ựạo của Mặt trời (mặt hoàng ựạo) một góc nhỏ hơn 70, trừ mặt quỹ ựạo của sao Diêm vương chênh 1709 Hướng chuyển ựộng quay quanh mặt trời ngược chiều kim ựồng hồ

- Mỗi hành tinh tự quay xung quanh một trục của nó và cũng hướng quay chung với mặt trời (ngược hướng quay kim ựồng hồ) trừ hai sao là Kim và Thiên vương quay ngược lại Trừ sao Thuỷ và sao Kim, các hành tinh ựều có vệ tinh (số lượng không ựều) Vệ tinh quay quanh hành tinh và cùng hướng với hành tinh

- Khoảng cách giữa các hành tinh càng cách nhau xa hơn khi các hành tinh ở càng xa Mặt trời Dựa vào tình chất này người ta chia ra hai nhóm hành tinh Nhóm thuộc loại Trái ựất (nhóm trong) gồm sao Thuỷ, sao Kim, Trái ựất, sao Hoả, có ựặc tắnh là thể tắch nhỏ, tỷ trọng lớn (4 - 5,5cm3), 90% thành phần là Fe,

O, Si, Mg Nhóm này thuộc loại sao Mộc (nhóm ngoài) gồm sao Mộc, sao Thổ, sao Thiên vương, sao Hải vương, sao Diêm vương, có ựặc tắnh là thể tắch lớn, tỷ

trọng nhỏ (0,7 - 1,6 g/cm3), dự ựoán thành phần giống mặt trời 99% gồm có H và

N

- Mômen ựộng lượng (ựộng lượng góc) phân bố không ựều trong hệ mặt trời Mặt trời chiếm 99,87% trong khối nhưng mômen ựộng lượng chỉ bằng 2% của cả hệ, còn các hành tinh tổng hợp khối là 0,13% thì mômen ựộng lượng là 98% (mômen ựộng lượng tắnh bằng W.m.r2 trong ựó W là tốc ựộ góc quay, m là trọng khối, r là bán kắnh chuyển ựộng

III Các giả thuyết về nguồn gốc của hệ mặt trời và của Trái ựất

Từ lâu con người ựã quan tâm giải thắch nguồn gốc của mặt trời và Trái ựất Trong quá trình nhận thức có hai trường phái luôn luôn ựấu tranh với nhau là trường phái duy tâm và trường phái duy vật Tôn giáo và nhất là thiên chúa giáo giải thắch theo quan ựiểm duy tâm thần bắ còn các nhà khoa học chân chắnh thì giải thắch theo quan ựiểm duy vật Từ thế kỷ XVIII khi khoa học ựã phát triển, nhất

là cơ học, các nhà khoa học ựã xây dựng nhiều giả thuyết khác nhau ựể giải thắch nguồn gốc của mặt trời và Trái ựất đó là các giả thuyết tinh vân cho rằng mặt trời và hành tinh ựều do từ một tinh vân tạo thành, giả thuyết tai biến cho rằng mặt trời xuất hiện từ trước sau ựó thu hút những vật chất trong hệ Ngân Hà

ựể tạo ra hành tinh và vệ tinh Dưới dây là giả thuyết của một số tác chắnh

- Giả thuyết của I.Kant (1755): Ikant cho rằng trong vũ trụ có nhiều bụi, hơi tạo thành tinh vân Do lực hút hấp dẫn chúng liên kết lại thành những khối nhỏ

Do lực ựẩy và hút lẫn nhau, các khối nhỏ tập trung thành khối lớn Và cũng do lực ựẩy và hút gây ra sự va chạm tạo thành sự quay tròn Sự tập trung vật chất trong vũ trụ lớn dần thành mặt trời nguyên thuỷ Mặt trời tự quay làm cho vật chất tập trung dần vào xắch ựạo, dần dần thành dạng bẹt tròn và vật chất tập trung vào trung tâm Cũng do quay mà mặt trời ựã văng ra các hành tinh và vệ tinh quay quanh mặt trời

- Giả thuyết laplaxơ: P.S Laplaxơ, 1796 ựộc lập nên ra giả thuyết về nguồn gốc của hệ mặt trời Ông cho rằng hệ mặt trời lúc ựầu rất rộng lớn, gồm những khối tinh vân hình cầu nóng và vật chất thưa mỏng Tinh vân này lúa ựầu chuyển ựộng chậm chạp sau ựó nguội dần co lại, vật chất ựặc xắt dần làm cho tốc

ựộ quay tăng lên và do ựó lực ly tán cũng tăng Tinh vân biến dần thành ựĩa dẹt Khi lực ly tâm lơn hơn lực hút thì tách các hành tinh là khoảng cách của vòng tới tâm của tinh vân nguyên thuỷ Các vòng tạo hành tinh nóng cũng với phương thức như trên tạo ra các vệ tinh Vòng của sao Thổ ựược xem như là vòng mà

chúng chưa ñông nén lại ñể thành vệ tinh ở giữa sao Hoả và sao Mộc (vòng thứ 5) vật chất càng bị phân chia thành rất nhỏ tạo ra ñới các tiểu hành tinh

Giả thuyết của I.Kant và của Laplaxơ ñược xây dựng ñộc lập nhưng vì tính chất và cách giải thích gần giống nhau nên ñược gọi chung là thuyết Kant - Laplaxơ: Giả thuyết thống trị trong thế kỷ XIX Về sau bị chứng minh là không hợp lý vì Laplaxơ ñã không giải quyết ñược vấn ñề mômen ñộng lượng Bằng toán học, năm 1859 Maikhox chứng minh là các thể khí từ một vật chất bung ra chỉ có thể thành vòng như của sao thổ chứ không thể thành hành tinh ñược Tốc

ñộ quay của mặt trời với tốc ñộ hiện nay cũng không thể làm văng ra các vòng ñược

- Giả thuyết OttoSmith: Giả thuyết ñược nêu ra năm 1946 OttSmith cho rằng mặt trời ñi qua ñám tinh vân Tinh vân này vốn ñã có riêng mômen ñộng lượng (chuyển ñộng quay riêng) Mặt trời thu hút chúng lại và làm cho chúng quy xung quanh mặt trời Trpng quá trình quay các ñiểm vật chất, các khí thể va ñập lẫn nhau, hút lẫn nhau làm cho chúng tập trung dần dần thành các hành tinh Những tợp hợp gần mặt trời bị ñốt nóng bức xạ làm cho trong thành phần nhiều thể khí nhẹ bay ñi Những tợp hợp ở xa thì nguội lạnh hơn, các khí ngưng kết lại Chính vì thế ñã tạo ra hai nhóm hành tinh

Khi các vật chất va chạm nhau, cơ năng sẽ biến thành nhiệt năng Nếu ña

số cơ năng biến thành nhiệt năng cả thì hành tinh chuyển ñộng quay theo chiều nghịch Smith giải thích ñược hiện tượng các hành tinh không phải tất cả ñều tự quay theo cùng một chiều Simth cũng dùng toán học chứng minh khoảng cách giữa các hành tinh Tuy nhiên ông cũng chưa giải quyết ñược ñặc trưng phân bố của mômen ñộng lượng giữa mặt trời và các hành tinh chênh nhau rất lớn thì không thể xảy ra việc thu hút “bắt chộp” ñược, còn nếu chênh nhau ít thì không thể giải thích ñược tình hình phân bố mômen ñộng lượng như hiện nay Người ta ñang nghĩ tới một phương hướng giải thích là ngoài hiện tượng tác dụng cơ học còn có tác dụng của ñiện từ là một hiện tượng rất phổ biến của vật chất Ngoài ra Smith cũng chưa giải thích nguồn gốc và sự biến ñổi của Mặt trời Chắc chắn là mặt trời có ảnh hưởng nhiều tới nguồn gốc Trái ñất

- Giả thuyết của E Hoile (Anh) và Schatzmal (Pháp): Trong những năm 60 của thế kỷ này, hai nhà thiên văn Anh và Pháp nêu trên tìm cách giải thích theo hướng ñiện từ trường tác dụng trong quá trình thành tạo mặt trời và hành tinh Hai ông cho rằng ban ñầu ñám tinh vân trong vũ trụ tụ tập dần thành khối quay chuyển với tốc ñộ không cao, nhiệt ñộ cũng thấp Dần dần nó co rút thể tích và

tốc ñộ quay vì thế tăng nhanh ðến một mức ñộ nhất ñịnh thì thành hình dẹp, xích ñạo sình ra ñến nỗi một số vật chất bị văng ra ngoài tạo thành dạng một ñĩa tròn quay quanh mặt trời Trọng khối của ñĩa tròn cũng chỉ bằng 1/100 của mặt trời Vật chất của ñĩa tròn dần dần hình thành các mần hành tinh và sau ñó thành hình tinh mặt trời bức xạ nhiệt hạch tạo ra một ñiện từ trường trong không gian của hệ mặt trời Khi ñĩa tròn vật chất rời khỏi mặt trời thì ở chỗ ranh giới của chúng phát sinh hiện tượng cơ học từ lưu (chảy từ cơ học) ñưa ñến chỗ từ dẫn ñến mômen và mặt trời chuyển mômen ñộng lượng sang cho ñĩa tròn Nhờ mômen ñộng lượng tăng lên mà ñĩa tròn mở rộng ra ngoài Mặt trời thu nhỏ lại, nhưng vì mất ñi mômen ñộng lượng tăng lên mà ñĩa tròn mở rộng ra ngoài Mặt trời thu nhỏ lại, nhưng vì mất ñi mômen ñộng lượng tăng lên mà ñĩa tròn mở rộng

ra ngoài Mặt trời thu nhỏ lại, nhưng vì ñi mất mômen ñộng lượng nên tốc ñộ quay chậm lại Mặt trời bức xạ gió mặt trời thổi bay xa các vật chất nhẹ hình thành các hành tinh thuộc nhóm sao Mộc, các vật chất nặng ở lại hình thành các hành tinh thuộc nhóm Trái ñất

CHƯƠNG III CÁC ðẶC ðIỂM CỦA TRÁI ðẤT

Trái ñất không phải là một khối cầu cứng yên tĩnh mà không ngừng hoạt ñộng tiến hoá Sự hoạt ñộng của nó do các chuyển ñộng trong nội bộ của Trái ñất, do chịu ảnh hươngncuar cá tác nhân từ trong vũ trụ gần nhất, mạnh nhất là

từ hệ mặt trời gây nên và ñược phản ánh trên Trái ñất với các ñặc ñiểm về hình thái học, về cấu trúc, về sự phân bố các ñặc tính hình thái, cấu trúc và các tính chất vật lý, hoá học của Trái ñất

I Hình dạng, kích thước, hình thái bề mặt của Trái ñất

1 Hình dng Trái ñt

Niu - tơn ñã chứng minh rằng dưới tác dụng của lực hấp dẫn, Trái ñất bị

ép theo phương trục quay và có dạng của elipxoit Gọi là bán kính ở xích ñạo, b

Tại Hội nghị trắc ñịa thế giới lần thứ XVI (IUGG) ở Grenoble, 1975, người

ta ñã thống nhất xác ñịnh a = 6.378,140km ± 5m; b = 6356.779km và d = 1/298.275

Ngày nay qua ño ñạc người ta xác ñịnh ñược Trái ñất có hình elipxoit 3 trục Mặt phẳng xích ñạo có 2 bán kính a1 và a2 Do ñó sẽ có 2 ñộ dẹt: ñộ dẹt xích ñạo

, 375 110 / 1

d a

Quan sát của vệ tinh nhân tạo cho thấy Trái ñất có dạng hình quả lê So với dạng elipxoit lý tưởng thì cực Bắc nhô ra 10m, cực Nam lõm vào 30m ðịa hình

bề mặt Trái ñất lồi lõm chênh nhau rất lớn (hình số 3 - 1)

Người ta hình dung như là biển tràn phủ tất cả mặt ñất tạo thành một mặt cầu mà trên mỗi ñiểm diện tích ta ñều có ñược một mặt vuông góc với phương trọng lực Mặt cầu ấy gọi là geoit và hình dạng có ñược của Trái ñất theo cách hình dung như vậy gọi là hình geoit (có thể hình dung là tất cả các ñất, ñá trên lục ñịa ñều ở trạng thái lỏng hoà cùng với nước biển di chuyển trên mặt cầu tạo

ra hình geoit)

Hình 3.1

Như trên ựã nói, bán kắnh của Trái ựất không ựều nhau Bán kắnh ở xắch ựạo a lớn hơn ở cực là 21.384m Ngoài ra người ta cũng nhận thấy các bán kắnh

ở mặt phẳng xắch ựạo cũng có sự chênh nhau Mặt phẳng cắt qua mặt xắch ựạo

là một elip có trục dài và một trục ngắn Trục dài ựi qua kinh ựộ ựông 1600, kinh

ựộ Tây 200 Trục ngắn ựi qua kinh ựộ đông 700 và kinh ựộ Tây 1100 Hai trục có

ựộ dài chênh nhau là 430 mét Hai bán kắnh Bắc và Nam (nằm trên một mặt phẳng kinh tuyến) cũng không bằng nhau Bán kắch Bắc dài hơn bán kắnh Nam là

242 mét Dưới ựây là bảng các thông số về kắch thước của Trái ựất (theo IUGG, 1975)

Bán kắnh xắch ựạo (a): 6378, 140 km Chu vi xắch ựạo : 40075, 24 km

Bán kắnh ở cực (b): 6356,77km Chu vi kinh tuyến 40008,08 km

Bề mặt của Trái ựất không bằng phẳng ựỉnh cao nhất trên lục ựịa là Chomulagma cao 8848,13 mét địa hình ựồi núi, bình nguyên, bồn trũng (thấp hơn mực nước biển 1000m) chiếm 20,8% diện tắch bề mặt Trái ựất độ cao trung bình của lục ựịa là 875 mét ở biển bồn trũng sâu dưới - 4000 ựến 6000 mét có diện tắch rất rộng chiếm 30,8% độ sâu trung bình của biển là - 3729 mét Hố sâu nhất là Mariana, sâu - 11033 mét

b đặc trưng ựịa hình lục ựịa

Trên lục ựịa có những hệ thống núi (ựai núi) với những dãy núi có cùng nguồn gốc thành tạo Những ựai núi chắnh (trên 3000 - 5000m) là:

- đai Anpơ - Hymalaya bắt ựầu từ dãy Atlas ở Bắc Phi ựến Anpơ và kéo dài ựến dãy Hymalaya hơi thành hình cung nhô về Nam

- đai vòng quanh Thái Bình Dương, phân bố ở hai bên Thái Bình Dương phắa bờ đông là dãy núi Alaska, núi dọc bờ, núi ựá (Rock mountain) và dãy Anựơ ở ựây núi không cao bằng Hymalaya nhưng bên cạnh nó là máng biển nước sâu tạo ra một chênh lệch ựộ cao rất lớn Vắ dụ dãy Anựơ chỉ cao hơn mặt biển 600 mét, nhưng bên cạnh ựó cách chưa ựến 300 km là máng nước sâu Pêru - Chilê sâu trên 8000mét, chênh lệch ựộ cao giữa hai nới là 14 700 mét Bờ Tây Thái Bình Dương hình thành một loạt cung ựảo nhô về phắa biển nằm cạnh các máng nước sâu cũng là ựới chênh lệch ựộ cao rất lớn

Hai ựai núi nêu trên cũng là nơi có hoạt ựộng núi lửa (chiếm 75% của thế giới) và ựộng ựất mãnh liệt, (80% tâm ựộng ựất nóng của thế giới) Chúng có thời gian hình thành trẻ

Ngoài ra còn một số núi hình thành sớm hơn, bị bóc mòn nhiều nên chênh lệch ựộ cao không lớn (từ 500 - 2000m), vắ dụ dãy núi Iran (Liên Xô), Hoàng Liên Sơn, Trường Sơn (Việt Nam)

Dựa vào chiều cao người ta chia ựịa hình núi ra các loại núi thấp có ựộ cao trên mực nước biển từ 500 - 1000 mét, núi trung bình từ 1000 - 3500 mét, núi cao từ 3500 - 5000 mét và núi rất cao trên 500 mét địa hình cao dưới 500 mét

so với mặt biển hoặc chênh lệch ựộ cao tương ựối nhỏ hơn 200 mét gọi là ựồi địa hình tương ựối bằng phẳng, ắt lồi lõm, có diện tắch rộng gọi là bình nguyên hay ựồng bằng vắ dụ ựồng bằng Amazôn, ựồng bằng Nga, ựồng bằng Xibêri, ựồng bằng Hoa Bắc ở Việt Nam có ựồng bằng Cửu Long và ựồng sông Hồng Những nơi có ựịa hình lồi lõm, diện tắch rộng ở trên cao hơn 600 mét so với mặt biển gọi là cao nguyên cao trên 750 mét Ở Việt Nam có cao nguyên Trung Bộ (hay Tây Nguyên) Ngoài ra còn có ựịa hình trồn trũng (basin), ựó là ựịa hình dạng trũng chậu, ở giữa thấp xung quanh cao Thắ dụ bồn trũng điện Biên, bồn trũng Than Uyên, bồn trũng Nà Dương ở Việt Nam địa hình riptơ là vùng ựất trũng thấp theo dạng tuyến do ựứt gãy cấu tạo ra, qui mô lớn có thể dài hàng nghìn km, rộng 30 - 50 km Vắ dụ rắptơ đông Phi dài 6500km, hai cánh nâng cao

từ vài trăm ựến vài nghìn mét ở ựây thường có hàng laọt dãy hồ, nơi hoạt ựộng núi lửa, ựộng ựất Các riptơ sông Ranh, Bai - cần có quy mô nhỏ hơn Ngoài các

kiểu ựịa hình nêu trên hồ và sông cũng là những loại ựịa hình ựặc trưng của lục ựịa

c đặc ựiểm ựịa hình ựáy biển

đáy biển cũng không phải bằng phẳng mà rất lỗi lõm Người ta phân ựịa hình ựáy biển ra 3 ựơn vị lớn là: rìa lục ựịa, bồn đại Dương và sống núi giữa đại Dương

+ Rìa lục ựịa (Continental margin): là bộ phận nằm giữa lục ựịa và bồn đại

dương Rìa lục ựịa ựược phân ra thềm lục ựịa, sườn lục ựịa và chân lục ựịa Máng nước sâu và cung ựảo cũng có thể xếp vào rìa lục ựịa

Hình 3.2 đa hình ựáy bin

- Thềm lục ựịa (continental shelf) (hình 3-2)

Là phần kéo dài ra biển của lục ựịa ựến chỗ bắt ựầu chuyển sang dốc hơn (chuyển sang sườn lục ựịa) Thềm lục ựịa thoải, thường không quá 0,30, bình quân 0,10 độ sâu 200 mét nước trở lại, sâu nhất có thể ựến 550 mét, bình quân

130 mét

Thềm lục ựịa lớn nhất ở Bắc Dươg (Bantắc) rộng 1 300km Hẹp nhất là thềm lục ựịa ở bờ đông Thái Bình Dương rộng chỉ ựộ vài km ở bờ Tây (phạm vi biển đông Trung Quốc) rộng nhất 560km, bình quân sâu 76m, phạm vi rìa ngoài sâu 150 - 160mét

Trên thềm lục ựịa thường có những rãnh sâu, ựó là di tắch của lòng sông

cổ hoặc của dòng chảy ngầm hoặc dòng ựáy bào xói

- Sườn lục ựịa (Continental Slope): Dốc trung bình 4,250, sâu không quá

2000m, rộng 20 - 100 km, bình quân 20 - 40 km Riêng ở vùng biển Srilanca sườn lục ựịa gần bờ ám tiêu san hô nên có ựộ dốc khá lớn, từ 35 - 450 Trên sườn lục ựịa có những máng sâu (hẻm sâu) sâu ựến hàng trăm, hàng nghìn mét, hai bên bờ dốc ựứng, hoặc từ 400 trở lên

- Châu lục ựịa (Continental rise): Là ựịa hình tương ựối thoải hơn sườn lục

ựịa nối sườn lục ựịa với bồn đại dương độ dốc thoải chỉ ựộ 5Ỗ-35Ỗ nằm trong vùng nước sâu 2000 - 5000 mét, bề rộng khoảng 1000 km Châu lục ựịa do các vật liệu vụn của dòng biển hoặc trượt lở tạo thành Châu lục ựịa không có ở Thái Bình Dưiwng, chỉ thấy ở đại Tây Dương và ân độ Dương

- Máng nước sâu (trench) và cung ựảo (island arc):

Máng nước sâu là những vực thẳm dạng tuyến dài ñến trên 1000km, rộng 100km, sâu trên 6000 mét Thế giới có gần 30 máng nước sâu như thế, ña số ở Thái Bình Dương và ðại Tây Dương, ở Ấn ñộ Dương ít hơn ở Tây Thái Bình Dương máng nước sâu thường ñi kèm với cung ñảo, còn ở ÐÖng Thái Bình Dương máng nước sâu lại phân bố gần dãy núi hình cung ở lục ñịa Gần máng nước sâu là nơi có hoạt ñộng núi lửa và hoạt ñộng ñộng ñất mạnh mẽ Chênh lệch ñộ cao giữa máng nước sâu và ñịa hình dâng cao bên cạnh khá lớn Ví dụ

hố Mariana ở máng nước sâu ÐÖng Philippin và quần ñảo Philippin có ñộ cao chênh lệch là 11515 mét (hố Mariana sâu - 11033m, quần ñảo Philippin) cao +

478 mét)

Rìa lục ñịa nói chung chia hai loại lớn: loại rìa lục ñịa kiểu ðại Tây Dương gồm có thềm lục ñịa, sườn lục ñịa, chân lục ñịa và loại rìa lục ñịa kiểu Thái Bình Dương gồm thềm lục ñịa, thềm lục ñịa và máng nước sâu

+ Bồn ðại dương (Ocenic basin): Là ñới bằng phẳng nằm giữa rìa lục ñịa

và dãy sống núi giữa ðại dương ở ñộ sâu 4000 - 6000 mét Người ta phân ñịa hình bồn ñại dương ra ñồi biển thẳm và ñồng bằng biển thẳm

- ðồi biển thẳm (abysal hill) có ñịa hình nhô cao hơn ñáy biển ñộ 75 - 900

mét

- ðồng bằng biển thẳm (abyssal plain) có ñộ dốc rất nhỏ (không quá

1/1000) ñược phủ các trầm tích mang từ lục ñịa ñến Trong ñồng bằng biển thẳm phân bố các núi ở biển (hải sơn) ñường kính ñến 100kilômet, ñộ cao ñếb 1 kilômet Nếu núi có ñỉnh bằng thì gọi là núi ñỉnh bằng (guyet) Loại núi ở biển chủ yếu phân bố ở Thái Bình Dương Ngoài ra trong bồn ñại dương còn có các dãy núi nhỏ ở ñáy biển phân bố dạng chuỗi, xích, chủ yếu do các núi lửa ở ñáy biển tạo thành

+ Sống giữa ñại dương (mid oceanic ridge) là dãy núi ở ñáy biển giữa ðại

dương ðây cũng là nơi phát sinh ñộng ñất và vận ñộng của vỏ Trái ñất tương ñối mãnh liệt ðỉnh của dãy núi cao hơn ñáy 2000-3000 mét và cách mặt biển ñộ 2000-3000 mét, rộng từ 2000-4000km Các sống núi của 3 ñại dương nối nhau

và dài tổng cộng ñến 65.000 km, là hệ núi lớn nhất toàn cầu Phần trục của sống giũa ñại dương thường phát sinh ruptơ trung tâm (central rift) cực ñại Riptơ có thể sâu ñến 1-2 km và rộng ñến 13 - 48 Km (riptơ ở giữa ðại Tây Dương) Theo quan sát của tàu ngầm thì ở một số riptơ trung tâm ñang có hiện tượng chảy trào

ra chậm chạp một loại như dung nham macma có nhiệt ñộ cao Trong ñó chứa

nhiều nguyên tố kim loại Sống núi giữa đại Dương thường bị một hệ ựứt gãy chéo hoặc thẳng góc cắt qua và dịch chuyển ựi tới 300-500km

Riptơ ở đông Thái Bình Dương hai bên sườn tương ựối thoải, thể hiện không rõ tắnh riptơ, ựộng ựất và chuyển ựộng của vỏ Trái ựất tương ựối yếu cho nên còn ựược gọi là ựới nâng ựại dương (Oceanic - rise), khác với các sống giữa ựại dương khác

II Các quyển ngoài của Trái ựất

Các quyển ngoài của Trái ựất gồm: Khắ quyển, thuỷ quyển và sinh quyển

1 Khắ quyn

Khắ quyển là một vòng chuyển không khắ bao quanh phắa ngoài Trái ựất, chiếm khoảng không gian từ mặt ựất ựến khoảng không vũ trụ (nói chung không khắ thâm nhập xuống dưới mặt ựất không quá 3000 km) Kết quả ựo của vệ tinh nhân tạo cho thấy tại xắch ựạo ở ựộ cao 42.000km và tại hai cực ở ựộ cao 28.000km vẫn còn có dấu vết của khắ quyển

Thành phần chắnh của khắ quyển lad: N, O, Ar, CO2, hơi H2O, tất cả chiếm

> 99%, còn lại là các khắ khác và hạt bụi nhỏ

Thành phần, tỷ trọng, áp suất của khắ quyển thay ựổi theo ựộ cao

Sự biến ựổi của áp suất, nồng ựộ, thành phần khắ quyển theo ựộ cao phân

Theo tài liệu khí tượng thế giới, từ mặt ñất ñi lên trên cao có các tầng ñối lưu, tầng bình lưu, tầng trung gian, tầng ñiện ly và tầng khuếch tán Sự phân tầng khí quyển nêu trên liên quan với sự thay ñổi tỷ trọng và nhiệt ñộ của khí quyển theo chiều cao Hai tầng có ánh hưởng tới mặt ñất nhiều hơn cả là tầng ñối lưu

và tầng bình lưu

- Tng ñi lu:

ở vùng xích ñạo tầng dày 16 - 18 km, ở hai cực dày 7 -9 km, bình quân là 10-12 km Mùa hè dày, mùa ñông mỏng ñi Nhiệt ñộ của tầng này do sự phản xạ nhiệt mặt trời của mặt ñất cho nên càng lên cao nhiệt ñộ càng giảm gradien hạ nhiệt là 60C/1km, ñến nóc của tầng này nhiệt ñộ ñạt – 550C

Nhiệt ñộ, áp suất, tỷ trọng của khí quyển ñều thay ñổi tuỳ cao ñộ vĩ ñộ, tạo

ra các hiện tượng gió, mưa, mây, tuyết tác ñộng vào Trái ñất làm xuất hiện các quá trình ðịa chất ngoại sinh

- Tng bình lu:

Phân bố ở cao ñộ từ nóc tầng ñối lưu lên ñến ñộ cao 35 - 55km Bề dày của tầng ở xích ñạo nhỏ hơn hai cực Bình lưu vì khí di ñộng nằm ngang Tầng bình lưu không chịu ảnh hưởng nhiệt của Trái ñất, trái lại ở ñộ cao 30 ñến 55 kilômet có **O3 là loại khí jút tia tử ngoại làm tăng cao nhiệt ñộ (có thể tăng ñến 00C) ít hiện tượng khí tượng

- S tun hoàn c a khí quyn (atmospheric circulation):

Vùng xích ñạo không khí ñốt nóng bốc lên tạo ra một ñới áp thấp, không khí di chuyển thẳng lên cao Trên không dòng khí ñi về hai cực (vĩ ñộ cao) và sau

ñó hạ thấp xuống tạo nên ñới áp cao Không khí lạnh di chuyển ở dưới thấp từ vĩ

ñộ cao về vĩ ñộ thấp, do ñó hình thành vòng tuần hoàn có tính toàn cầu và cũng

vì vậy mà xích ñạo mưa nhiều, còn ở hai cực mưa ít hơn Cũng có khi ở xích ñạo

do không khí chuyển ñộng xoáy trôn ốc ñã tạo ra các cơn gió mậu dịch thổi theo phương nhất ñịnh trong mùa nhất ñịnh

Gió còn chịu ảnh hưởng của ñịa hình Ví dụ sự hình thành gió phơn (foehn) tức loại gió ñịa phương gây ra một bên sườn núi có mưa, còn một bên kia không mưa

Do sự di chuyển của khí quyển ñã hình thành các ñới khí áp khác nhau, từ

ñó phát sinh sự biến ñổi của các nhân tố khí hậu như nhiệt ñộ khí quyển, lượng mưa, ñộ ẩm mà hình thành các ñới khí hậu như ñới ẩm ướt, ñới 1/2 ẩm ướt (hoặc ñới nhiệt ñới kho ẩm), ñới khô hạn, ñới 1/2 khô hạn, ñới ñông lạnh Các ñới khí hậu có sự thay ñổi vị trí trong lịch sử ðịa chất do sự trôi dạt các lục ñịa và

thay ựổi vị trắ ựịa cực Theo A Weyner và W Koppen, cách ựây 280 triệu năm, cực Trái ựất nằm ở gần quần ựảo Haoai do ựó Tây Âu và Bắc Mỹ có khắ hậu ẩm ướt, mưa nhiều ở ựới xắch ựạo Nam cực là lục ựịa lớn nằm ở ựới xắch ựạo Sau giai ựoạn 50 triệu năm thì Tây Âu và Bắc Mỹ lại trở thành ựới kho hạn

2 Thuỷ quyển

Thuỷ quyển là vòng nước bao quanh Trái ựất gồm nước trên mặt (của biển, sông, suối, hồ, ao, ựầm lầy ) và cả nước dưới ựất Dự tắnh trong khối thuỷ quyển là 1,5x1018 tấn, chỉ chiếm khoảng 0,024% trọng khối Trái ựất Thể tắch là 1.500x106km3 Dưới ựây là số liệu tắnh toán của hội thuỷ văn quốc tế, 1977, về lượng nước trên Trái ựất

Các loại nước Lượng nước (103km3) Tỷ lệ % so với tổng lượng

Vòng tuần hoàn của thuỷ quyển: các nhà nghiên cứu tắnh toán rằng mỗi năm trên Trái ựất mưa, tuyết rơi xuống chừng 101x103km3 nước Khoảng 60-80% trong số ựó bị bốc hơi (kể cả do lá cây nhả ra) trở về khắ quyển Số còn lại chảy trên mặt hoặc ngấm xuống ựấy di chuyển tạo thành mạng sông suối chảy vào các hồ hoặc ra biển ở ựó chúng lại bị bốc hơi thành mây di chuyển vào lục ựịa tạo thành mưa hoặc tuyết rơi xuống ựất đó chắnh là vòng tuần hoàn của thuỷ quyển

3 Sinh quyển

Sinh quyển gồm các sinh vật hữu cơ sống trên mặt ựất, trong không khắ và trong nước ở ựộ cao 7-8 km trong không khắ vẫn có sinh vật sinh sống và dưới ựáy biển ở ựộ sâu - 4000m cũng có nhiều loài sinh vật cư trú Trong các thớ nứt của ựá (từ ựộ sâu 100 mét trở lên) cũng tồn tại nhiều sinh vật Tổng trọng lượng của sinh vật trên Trái ựất ựạt 11,4x1012 tấn, chiếm 1/105 trọng khối của vỏ Trái ựất Tác dụng của sinh vật là làm phá hoại; tắch tụ, phân tán học tập trung một số nguyên tố

III Cấu tạo bên trong và ựặc ựiểm vật chất tạo thành vỏ Trái ựất

1 Cu to vòng

Các kết quả ựo ựạc vật lý cho thấy Trái ựất có tắnh phân thành các quyển (vòng) nghĩa là có sự không ựồng nhất về thành phần vật chất theo chiều thẳng ựứng Dựa theo kết quả nghiên cứu phối hợp các phương pháp địa - vật lý, ựặc biệt là phương pháp địa chấn ựo tốc ựộ truyền sóng dọc Vp và tốc ựộ truyền

sóng ngang Vs khi ñi quan vật chất bên trong Trái ñất người ta chia Trái ñất ra 3 vòng cấu tạo lớn là vỏ Trái ñất, Manti và nhân Trái ñất

a V trái ñt

Trong phần vỏ Trái ñất tốc ñộ truyền sóng Vp thay ñổi từ 6,5-7,0 ñến 7,4 km/s, nhưng khi sang phần Manti thì Vp tăng ñột ngột ñến 7,9 - 8, có 8,2 - 8,3km/s Còn tốc ñộ Vs trong phần vỏ là 3,7-3,8km/s ñến manti thì ñột ngột tăng lên 4,5 - 4,7 km/s Như vậy có một mặt ranh giới phân chia vỏ và manti thể hiện

ở sự thay ñổi ñột ngột tốc ñộ sóng Mặt ranh giới này gọi là mặt Mohorovixic (lấy tên nhà ðịa - vật lý người Nam Tư Mặt này do ông phát hiện năm 1909), còn gọi

là mặt Môhô hay mặt M Vỏ Trái ñất dày mỏng tuỳ nơi (tức mặt Môhô có dạng lượn sóng nâng cao hơn hoặc hạ thấp xuống, bình quân là 11-12km ở ñáy các ñại dương vỏ dày 5-10 (12) km, trong các miền ñồng bằng là 30 -40 km, ở vùng núi cao là 50 - 75 km (dày nhất là ở núi Anñơ và Hymalaya)

b Manti (mantle)

ðược phân bố từ phần dưới vỏ Trái ñất (Mặt M) ñến ñộ sâu 2900km Tại ñây lại có một mặt ranh giới phân chia manti với nhân Trái ñất biểu hiện ở sự thay ñổi ñột ngột tốc ñộ truyền sóng ñịa chấn Vp từ 13,64 km/s xuống 7,98 km/s, còn Vs nguyên là 7,23 km/s ñột nhiên biến mất

C Nhân Trái ñất

Tính từ ñộ sâu 2900 km ñến tâm Trái ñất (6370), chia làm 3 lớp: nhân ngoài từ ñộ sâu 2900 km ñến 4980 km, lóp chuyển tiếp 4980 km ñến 5120 km và nhân trong từ 51200 km ñến 6370 km

Về quyển mềm (astenosphera): Người ta nhận thấy ở manti trên, trong quãng ñộ sâu từ 60 ñến 250 km, tốc ñộ truyền sóng ñịa chấn lại giảm ñi khi xuống sâu nhất là trong quãng 100 - 150km, sau ñó tốc ñộ mới tăng dần lên ðới thay ñổi như thế ñược gọi là “ñới tốc ñộ thấp” Cũng có người cho ranh giới dưới của ñới này còn xuống ñến ñộ sâu 413 km vì rằng trong phạm vi ñới, sự biến ñổi của sóng rất từ từ, biến thiên lớn, chỉ thay ñổi tính toán cầu, còn Vs thì có thể mất ñi ở một số nơi Do vậy ranh giới của ñới này uốn lượn thất thường, phản ánh một ñặc trưng của vật chất phải là ở trạng thái dẻo khá mạnh vì hoạt ñộng kiến tạo của vỏ Trái ñất

Các vòng của Trái ñất còn ñược phân chia chi tiết thành các lớp nhỏ hơn Dưới ñây là bảng phân chia của Anderson và Hart, 1976

(xem bảng trang 28)

2 Trạng thái vật chất ở các vịng quyển

a Phng pháp xác đnh: Phần vật chất ở phần trên của vỏ Trái đất cĩ

thể xác định trực tiếp được nhưng dưới sâu hơn phải dùng các biện pháp gián tiếp để suy đốn như: đối sánh với các đá ở trên mặt đất về các tính chất vật lý Nghiên cứu một số đá cho thấy chúng chỉ cĩ thể hình thành ở manti ở dưới sâu

Ví dụ olivinit So sánh nghiên cứu các đá trời, nhận thấy tuyệt đại đa số đá trời

cĩ thành phần hố học như của Trái đất: do đĩ cĩ thể nghĩ rằng thành phần vật chất trong hệ mặt trời là thống nhất từ đĩ cĩ thể dùng thành phần đá trời cùng với các đặc trưng về vật lý, tỷ trọng, tốc độ truyền sĩng địa chấn để suy đốn trạng thái vật chất của các vịng quyển Trái đất

b Các trng thái vt cht c a các vịng quyn

+ Trạng thái vật chất của vỏ Trái đất: gồm các đá và đất ở thể đặc, chiếm 1,55% tổng thể tích và khoảng 0,8% tổng lượng của Trái đất Tỷ trọng trung bình

là 2,6 - 2,9g/cm3 Bề dày của vỏ khơng đều Thành phần của vỏ cũng biến đổi Theo Iacutova (*Kytoba) (1986) thì ở một số nơi trong thạch quyển mềm, chắc là

cĩ liên quan với là macma vỏ

+ Trạng thái vật chất của manti: Manti chiếm 82,3% thể tích Trái đất, 67,8% trọng khối Chủ yếu thành phần ở dạng thể rắn Người ta phân manti thành hai phần là manti trên và manti dưới Ranh giới hai phần nằm ở độ sâu

650 km Manti trên chia ra hai lớp B và C cịn manti dưới là lớp D

Cấu tạo Trái đất

(dựa theo liệu ðịa - vật lý)

Các

lớp vỏ

Trái đất

ðộ sâu (km)

Tốc độ truyền sĩng km/s

Tỷ trọng kg/cm3

áp suất

103(Pa)

Vp Vs

Manti tỷ trọng bình quân là 3,5 g/cm3 So sánh với thiên thạch và đặc tính vật lý cũng như các đá núi lửa phun từ manti lên thì thấy thành phần của manti trên gần gũi với thành phần của thiên thạch đá, trong đĩ ước chừng olivin chiếm 46%, pyroxen 25%, plagiocla 11%, hợp kim Fe - Ni 12% Tương tự đá siêu bazơ Thực nghiệm trong phịng (với điều kiện nhiệt độ, áp suất của manti) đối chiếu với thực tế về tính chất truyền sĩng thì thấy vật chất ở manti trên gần với

các ñá eclogit và piroxenit Trong lớp B ở ñộ sâu từ 60 ñến 250 kilômét là “ñới tốc ñộ thấp: (quyển mềm) ðới này cũng có thể là lò macma

Phần manti nằm trên quyển mền (lớp B) cộng với vỏ Trái ñất (lớp A) làm thành sóng ñịa chấn và tỷ trọng ở ñây ñều tăng cao, áp suất cũng tăng cao Trong ñiều kiện áp suất lớn, tinh thể olivin và pyroxen bị nén ép tăng tỷ trọng có thể ñến 10% từ ñó có thể giải phân thành những khoáng vật oxyt (MgO, FeO, SiO, ) loại hình cao áp suất, ñồng thời giải phóng năng lượng lớn Do ñó lớp C

có thể là một nguồn nhiệt năng bên trong Trái ñất

Manti dưới (lớp D) nằm ở ñộ sâu 650 - 2885 km Thành phần hoá học gần với manti trên Tỷ trọng tăng, có thể do áp suất lớn ép nén vật chất mà cũng có thể do lượng Fe tăng

+ Trạng thái vật chất của nhân Trái ñất (Core): Nhân chỉ chiếm 16,2% thể

tích Trái ñất nhưng chiếm 31,3% trọng khối Tỷ trọng là 9,98 - 12,51 g/cm3, tương ñương với thiên thạch Fe, căn cứ vào tốc ñộ truyền sóng ñịa chấn người

ta phân nhân Trái ñất ra làm 3 lớp: E, F, G Lớp E là lớp nhân ngoài nằm ở ñộ sâu từ 2885 - 4170 km và lớp G là lớp nhân trong nằm ở ñộ sâu từ 5155 km ñến tâm Trái ñất

Lớp nhân ngoài không có sóng ngang, chứng tỏ vật chất ở trạng thái lỏng

Ở lớp chuyển tiếp lại ño ñược sóng ngang, chứng tỏ vật chất ở trạng thái lỏng ở lớp chuyển tiếp lại ño ñược sóng ngang, chứng tỏ vật chất lại chuyển sang thể rắn ở lớp nhân trong lại ño ñược sóng n gang và sóng dọc, mặt khác cũng thấy sóng dọc khi vào nhân trong có thể biến thành sóng ngang sau ñó sau khi ñi qua nhân trong nó lại trở về sóng dọc ðiều ño có ý nghĩa là vật chất của nhân trong

ñã thành vật chất rắn Căn cứ vào tỷ trọng lớn thì vật chất của lớp nhân trong gần với thiên thạch Fe, ñồng thời với những chứng minh về tốc ñộ âm thanh của

cơ học chất lỏng cho thấy chứng do Fe, Ni tạo thành

IV Các tính chất vật lý của Trái ñất

Các kết quả ñịa vật lý nghiên cứu Trái ñất cho phép có những nhận thức về các tính chất vật lý sau

1 Trọng lực và dị thường trọng lực của Trái ñất

- Tr ng lc là lực hấp dẫn hướng tâm của Trái ñất Chúng phụ thuộc vào

không gian vĩ ñộ (gần hai cực thì trọng lực lớn hơn, còn ở xích ñạo xa tâm thì nhỏ hơn) và bị giảm bớt bởi lực ly tâm của Trái ñất ở cực, lực ly tâm nhỏ nhất, còn ở xích ñạo là lớn nhất, song ở ñây lực ly tâm vẫn < 1/288 (=0,34%) trọng lực cho nên hướng trọng lực vẫn là hướng tâm

- Trng tr ng lc là phạm vi không gian bao quanh Trái ñất chịu ảnh

hưởng của tác dụng trọng lực Cường ñộ của trường trọng lực tại một ñiểm trên mặt ñất ñược tính bằng gia tốc trọng lực tại ñiểm ấy, ñơn vị là m/s2 Kết quả ño cho thấy giá trị trọng lực g0 ở hai cực là 983,2177 m/s2, còn ở xích ñạo là 978,0318 m/s2, chênh nhau 5,1859 m/s2, theo chiều sâu của Trái ñất từ 0 km ñến 2885 km giá trị trọng lực g tăng dần, còn từ 2885 km vào tâm Trái ñất g giảm dần cho ñến = 0 ở tâm Trái ñất, ở mỗi vĩ ñộ cao của mặt biển có một giá trị trọng lực g0 nhất ñịnh, ñược tính toán theo công thức của Hội Trắc ñịa và ðịa - vật lý thế giới, 1971, như sau:

g0 = 9,780318 (1+0,0053024 sin2 ϕ ( -0,0000058 sin2 2 φ ( trong ñó ϕ là vĩ

ñộ, ñơn vị g0 = m/s2 Giá trị trọng lực có ñược theo công thức trên là giá trị trọng lực bình thường (theo lý thuyết) Nhưng giá trị ñó thay ñổi tuỳ ñộ cao thấp của ñịa hình, ñịa hình càng cao thì g0 càng giảm, tăng cao mét, thì g0 giảm ñi 30,86 x 10-5 m/s2, tuỳ thành phần vật chất các ñá với các tỷ trọng khác nhau, tỷ trọng càng lớn thì g0 càng tăng Giá trị trọng lực sau khi có ñược ño ñạc sẽ ñược chỉnh ñưa về trị số tương ñương ở mực nước biển tại nơi ño Sau khi hiệu chỉnh, trị số của trọng lực vẫn chênh xa với trị số bình thường (trị số lý thuyết) thì gọi là dị thường trọng lực âm (thường ở các hố sâu) Việc phát triển các dị thường giúp hiểu rõ cấu tạo bên trong của Trái ñất giúp phát hiện một số mỏ nhất ñịnh

2 Tỷ trọng và áp lực của Trái ñất

- T tr ng: Theo tính toán, tỷ trọng bình quân của Trái ñất là 5,516 g/cm3

(theo lực hấp dẫn tính ñược theo trọng khối Trái ñất là 5,974 x 1021 tấn, còn thể tích là 1,08 x 1012m3) Tỷ trọng bình quân của ñá trên mặt là 2,7 - 2,8 g/cm3,tỷ trọng bình quân của nước biển là 1,028 g/cm3 Từ ñó suy ra tỷ trọng vật chất bên trong Trái ñất phải là rất lớn Theo tính toán của K.E, Bullen (úc), 1975 thì tỷ trọng của phần trên mặt vỏ là 2,7 g/cm3, ở ñộ sâu 33 km là 3,32 g/cm3 ở 2885

km là 5,56 g/cm3 và tăng lên ñến 9,98 g/cm3, ñến tâm Trái ñất là 12,51 g/cm3

- Áp lc c a Trái ñt: Áp lực của Trái ñất càng xuống sâu càng lớn, nó có

liên quan với tỷ trọng và trọng lực ở nơi ấy Thường trong phần vỏ Trái ñất, cứ xuống sâu 1 km thì áp suất tăng 270 Pa (Pa là ñơn vị ño ứng suất và áp lực (Pascal), 1 Pa = 1 niutơn/1m2 = 10din/cm2 = 0,102 kg/cm2 = 10-5 bar; 1 bar = 750

mm Hg, là ñơn vị ño áp suất không khí)

Theo tính toán ở ñộ sâu 10 km áp lực là 1 Kpa, 33 km là 12 Kpa 2885 km

là 1325 Kpa và ở tâm Trái ñất dự kiến là 3600 Kpa

3 ðịa từ trường

Như chúng ta ñều biết kim ñịa bàn ở mọi nơi trên Trái ñất ñều quay chỉ hướng BN ðiều ñó chứng tỏ rằng xung quanh Trái ñất có một trường từ gọi là ñịa từ trường Người ta ñã xác ñịnh ñược trục ñịa từ (ñường nối hai từ cực) lệch

so với trục ñịa lý (trục quay của Trái ñất) một góc là 11044’ (năm 1970 từ cực Bắc nằm ở quần ñảo Banfin Bắc Canada vĩ ñộ Bắc 760, kinh ñộ Tây 1010)

Hình vẽ

Hình 3.3

Từ trường Trái ñất ñược ño bằng cường ñộ từ trường (ñơn vị là Anpe/met Ơxtet hoặc gamma) Cường ñộ từ trường bình quân của Trái ñất là 0,6 x 4 ( x

10 -3 A/m, là một từ trường yếu

- ð t thiên (declination) là ñộ nghiêng giữa phương BN theo kim ñịa

bàn chỉ với phương BN ñịa lý, hay giữa kinh tuyến ñịa từ và kinh tuyến ñịa lý; nó thay ñổi theo các ñiểm trên kinh tuyến ðường kinh tuyến có ñộ từ thiên bằng 0 gọi là ñường từ - kinh tuyến ðường nối những ñiểm có ñộ từ thiên bằng nhau gọi là ñường ñẳng thiên

- ð t khuynh (Inclination) là góc nghiêng giữa kim ñịa bàn so với mặt

phẳng nằm ngang Tại ñường xích ñạo ñộ khuynh bằng 0, ñi về hai cực ñộ từ khuynh tăng dần tới 900 (ở cực Bắc kim ñịa bàn thẳng ñứng, ñầu kim Bắc chỉ xuống dưới) ðường có ñộ khuynh bằng 0 (ñường xích ñạo) gọi là ñường từ - xích tuyến ðường nối những ñiểm có cùng trị số ñịa từ khuynh là ñường ñẳng khuynh

Sự biến ñổi của trường ñịa từ - dị thường từ: Do vật chất bên trong Trái ñất chuyển ñộng làm cho trục từ biến ñổi dẫn ñến sự di chuyển trường ñịa từ, Người

ta ñã xác ñịnh ñược trong vòng 50 năm, từ 1922 ñến 1972, cực từ Bắc ñã dịch chuyển 20 theo vĩ tuyến còn cực từ Nam dịch 4025’ Vì thế tổ chức quốc tế quy ñịnh cứ 5 năm vẽ lại bản ñồ ñịa từ một lần Sự biến ñổi của ñịa từ xảy ra theo ngày, năm, biến ñổi thường xuyên và biến ñổi ñột ngột Trong một ngày có thể thay ñổi vài phút ñối với ñộ từ thiên; vào buổi trưa từ trường biến ñổi yếu nhất

Sự biến ñổi trong năm có liên quan với sự biến ñổi của tầng ñiện ly và hoạt ñộng của mặt trời Biến ñổi thường kỳ biết ñược qua so sánh bản ñồ thay ñổi từng

năm Nói chung là sự biến ựổi di chuyển dần về phắa Tây Mỗi năm di chuyển một tốc ựộ góc (mômen tốc ựộ) 0,180 Nguyên nhân của biến ựổi này có thể là do chuyển ựổi này có thể là do sự chuyển ựộng của vật chất ở nhân hoặc ở manti với tốc ựộ chênh lệch mà gây ra Biến ựổi ựột ngột (trong vòng vài ngày, vài giờ với biên ựộ lớn ựạt tới vài A/m gọi là bão từ (magnetic storm) có liên quan với ựiểm ựen trên mặt trời hoặc dòng ựiện không gian

đo các trị số từ trường của các ựiểm trên Trái ựất hoặc ở một khu vực lớn nào ựó, sau khi hiệu chỉnh bằng cách loại trừ những biến ựổi ựột ngột hoặc có tắnh cục bộ chúng ta sẽ ựược trị số bình hoặc trị số phông Nếu ựo tại thực ựịa một ựiểm nào ựấy có ựược trị số vượt quá trị số chung nói trên ta nói tại ựây có dị thường từ trường Các dị thường có ựược là do sự tập trung cao ở nơi ấy những khoáng vật hoặc ựá có từ tắnh lớn (vắ dụ manhetitinmenit, pyrotin ) gọi là dị thường dương Những nơi tập trung khoáng vật không âm (nhỏ hơn trị số phông)

đá macma thường có từ tắnh cao hơn ựá trầm tắch Các dị thường từ giúp nghiên cứu cấu trúc địa chất, phát hiện khoáng sản nhất là mỏ sắt manhetit Vắ

dụ mỏ sắt Thạch Khê Hà Tĩnh của Việt Nam ựược phát hiện nhờ công tác ựo từ hàng không

- C ựa t: là ựịa từ trường của một thời kỳ lịch sử địa chất nào ựáy

Trong quá trình thành tạo, các ựá có thể chịu ảnh hưởng của ựịa từ trường lúc bấy giờ, tức là có tắnh từ Tắnh chất từ ấy phù hợp với phương của cổ ựịa từ Sau

ựó nếu từ trường biến ựổi ở các thời kỳ lịch sử về sau, các ựá vẫn giữ lại tắnh chất từ vốn có của nó và ựược gọi là Ổtừ dưỢ (remanent magnetism) đo từ dư của các ựá có thể biết ựược tình hình từ trường của thời kỳ địa chất sinh thành

ựá Nếu loại bỏ ảnh hưởng của các lần chuyển ựộng kiến tạo về sau, khôi phục lại vị trắ nguyên trạng của các ựá lúc hình thành ựồng thời loại bỏ ảnh hưởng của các từ trường của lúc bấy giờ Căn cứ vào mối quan hệ giữa ựộ từ khuynh với các vĩ ựộ người ta có thể xác ựịnh ựược các từ vĩ ựộ và vị trắ của các từ cực, vị trắ của nơi nghiên cứu trong trường từ Trái ựất lúc bấy giờ Người ta nhận thấy trong lịch sử địa chất, nhất là trong Mezoizoi ựã xuất hiện nhiều lần thay ựổi dấu cực từ (ựảo cực 1800), thời gian ựảo biến ựổi có thể từ 30 000 năm ựến 3 000

000 năm Trong mấy triệu năm lại ựây, thời gian ựảo cực bình quân ựộ 2 - 3 x 105năm

Nghiên cứu cổ ựịa từ giúp xác ựịnh vị trắ cổ ựịa từ, hiểu ựược sự dịch chuyển tương ựối trong từng giai ựoạn của các bộ phận trên Trái ựất, căn cứ số

chu kỳ chuyển ñổi từ cực ñể xác ñịnh tuổi tương ñối của ñá (ñối với các tầng ñá

ở ñáy ðại dương)

4 Nhiệt Trái ñất (geotherm)

Nhiệt của Trái ñất bao gồm có nhiệt do mặt trời cung cấp và nhiệt bên trong Trái ñất

- Hàng ngày mặt trời bức xạ một lượng nhiệt rất lớn về Trái ñất nhưng Trái ñất không hấp thụ hết mà chỉ hấp thụ một phần, còn lại ña số bức xạ lên không trung Nhiệt mặt trời chỉ làm nóng Trái ñất ñến một ñộ sâu nhất ñịnh và ñến một ñới có ñược nhiệt ñộ bằng nhiệt ñộ trung bình hàng năm của nơi ấy ðới ấy gọi

là ñới ñẳng nhiệt không chịu ảnh hưởng biến thiên theo thời tiết và dưới ñới này nhiệt ñộ Trái ñất không phụ thuộc vào nhiệt mặt trời Ví dụ ở Matxcơva nhiệt ñộ

ổn ñịnh là 4,20 tại ñộ sâu 20 mét ở Pari là 11,830 tại ñộ sâu 28 mét

- Nguồn nhiệt bên trong Trái ñất có thể là do nguồn phóng xạ của nguyên

tố phóng xạ U 238 U235 Th232, K40 Theo nghiên cứu tính toán thì các nguyên tố phóng xạ cung cấp ñịa nhiệt chủ yếu phân bố ở phần vỏ Trái ñất vì các nguyên

tố phóng xạ chỉ gặp nhiều trong các ñá trầm tích, granit và bazan là những ñá chủ yếu cấu tạo nên vỏ Trái ñất

Ngoài ra nguồn nhiệt bên trong Trái ñất còn ñược sinh ra do quá trình phân

dị trọng lực vật chất theo tỷ trọng trong manti, ñặc biệt là ở nhân, có nghĩa là trong quá trình phân dị, vật chất có sự di chuyển và kèm theo là sự thoát nhiệt

ðịa nhiệt khi vượt quá ñới ñẳng nhiệt (mặt ñẳng nhiệt) thì càng xuống sau càng tăng lên Số nhiệt ñộ tăng trên một ñơn vị ñộ sau gọi là ñịa nhiệt suất gay gradient ñịa nhiệt Trung bình cứ xuống sâu 100 m nhiệt ñộ tăng lên 30C Khoảng cách xuống sâu ñể nhiệt ñộ tăng lên 10C gọi là cấp ñịa nhiệt, trung bình là 33

mét Gơrskov ((opkπb) ñưa ra một công thức tính cấp ñịa nhiệt (b) là:

Trong ñó: H- ñộ sâu ño nhiệt, h là ñộ sâu ở ñới ñẳng nhiệt

T - nhiệt ñộ ñịa nhiệt ở ñộ sau H

T - Nhiệt ñộ trung bình hàng năm của không khí ở 0 mét (+4,30C)

Gradien nhiệt ñộ trung bình của Trái ñất là 30C (từ 2-50C), của ñáy biển là 4-80C, của lục ñịa 0,9-50C Cấp ñịa nhiệt trung bình là 33 mét (từ 15 ñến 45 mét)

Nếu theo cách tính gradien ñịa nhiệt thì ñến ñáy vỏ Trái ñất nhiệt ñộ sẽ tăng ñến 9000C, ñến tâm Trái ñất sẽ là 200 0000C ở nhiệt ñộ ấy vật chất không thể còn là thể rắn nữa ðiều ñó trái với phân tích trước Vật lý cũng ñã chứng minh là tính dẫn nhiệt của ñá sẽ giảm xuống khi mà nhiệt ñộ tăng cao vì thế càng xuống sâu ñịa nhiệt càng tăng lên thì gradiên ñịa nhiệt lại hạ xuống sâu, áp suất tăng, nhiệt Trái ñất ñất lại ñồng ñều làm giảm gradiên ñịa nhiệt Căn cứ theo tài liệu ðịa - vật lý và lý luận về vật lý ñịa chấn rắn thì ở ñáy vỏ Trái ñất (30km) nhiệt

ñộ là 4000C, sâu 100 km là 13000C, sâu 300 km là 1800 - 30000C, ở ñộ sâu 2885

km là 2850 - 40000C, ở tâm Trái ñất là 4000 - 60000C

Ở những nơi mà ñịa nhiệt rất lớn hoặc vượt xa gradiên gọi nhiệt là nơi có

dị thường ñịa nhiệt, ví dụ những nơi xuất hiện nguồn nước nóng Những nơi có núi lửa ñang hoạt ñộng cấp ñịa nhiệt chỉ khoảng 1,5 mét, trong khi cấp ñịa nhiệt trung bình là 33 mét ở những nơi như vậy người ta có thể khai thác sử dụng ñịa nhiệt ñể chạy máy phát ñiện, sưởi ấm ðịa nhiệt là một nguồn năng lượng rất quan trọng Theo tính toán ñịa nhiệt trong quãng - 3 km tương ñường với nhiệt năng của 29 x 1011 tấn than ñá Pháp và ý là những nước ñi ñầu trong việc sử dụng ñịa nhiệt phục vụ cuộc sống con người

V ðặc ñiểm ñịa hoá của Trái ñất

Căn cứ theo thành phần của các thiên thạch, người ta tính toán thành phần hoá học trung bình của Trái ñất Mỗi tác giả nêu ra những con số khác nhau nhưng nhìn tổng quát có thể thấy các nguyên tố chủ yếu tạo thành Trái ñất

là O, Fe, Si, Mg, S, Ni, Ca, Al, Na Dưới ñây là bảng kê thành phần hoá học trung bình của Trái ñất tính theo % trọng lượng

Nguyên tố Theo V.Rama

Na 0,30 - -

Cũng dựa vào thiên thạch, người ta dự tính thành phần hoá học của Manti

và nhân Trái ñất (ñơn vị%)

ñá

Nhân Trái ñất Thiên thạch

Fe T/phần Ring Wood

(1975)

Mason (1966)

Ring Wood (1975)

Ng.tố Ring

Wood (1979)

Ring Wood (1979)

CHƯƠNG IV VỎ TRÁI ðẤT

Vỏ Trái ñất là phần vật chất rắn bọc ngoài của Trái ñất nằm trên mặt Môhô

Vỏ Trái ñất là ñối tượng nghiên cứu chính của ðịa chất học

I Cấu tạo của Trái ñất

Vỏ có bề dày không ñồng ñều, thể hiện ở ñịa hình phức tạp từ lục ñịa ñến ðại dương

Căn cứ các tài liệu ðịa - vật lý chia ra 2 kiểu vỏ chính là vỏ lục ñịa, vỏ ñại dương và 2 kiểu phụ là vỏ á lục ñịa và vỏ á ñại dương

Kiểu vỏ lục ñịa (continental crrust) có bề dày không ñều

- Ở vùng nền (vùng ổn ñịnh) có bề dày 35- 40 km

- Vùng công trình tạo núi trẻ có bề dày 55-70km

- Vùng núi Hymalaya, Anñơ có bề dày 70-75Km

Cấu trúc có 2 phần chính (hình 4.1)

+ Lớp 1 là lớp do ñá trầm tích (lớp trầm tích) tạo thành

Vp trung bình từ 3 - 5 km/s Bề dày dao ñộng từ 0-5 km (ở ñồng bằng lục ñịa) và dày nhất từ 8-10km (ở các vùng trũng lớn của lục ñịa)

+ Lớp 2 là lớp ñá cứng gồm ñá macma và ñá biến chất chia ra:

Lớp 2a: Lớp granitô - gnai hoặc granit biến chất phân bố ở các khiên

biến chất, Vp trung bình từ 5,5 - 6 km/s

Lớp 2b: Lớp bazan còn có tên gọi là Granulit - bazit vì tốc ñộ Vp của 2

loại ñá tương tự nhau Ranh giới giữa lớp 2a và 2b gọi là mặt Konrad (mặt K), Vp trung bình là 6,6 - 7,2km/s Bề dày của lớp bazan trung bình là 6,6 - 7,2 km/s Bề dày của lớp bazan trung bình 15 - 20 km ở vùng nền và 25 - 35 km ở vùng tạo núi Mặt Konrad không phải lúc nào cũng thể hiện rõ

Mô hình mới về vỏ lục ñịa do N.I.Pavlenkova nêu ra dựa theo kết quả nghiên cứu ở lổ khoan siêu sâu Kolxki và các thông tin ñịa vật lý

Phân chia manti với phần ñá của vỏ lục ñịa (mặt M) dựa vào Vp = 7,8 - 8,3 km/s Trong phần 2 (xem hình 4.2) chia 3 tầng ngăn cách bởi ranh giới K1 và K2.K1 ở ñộ sâu 30-32km

Hình 4.1

Tầng trên: Vp = 5,9-6,3 km/s có tính phân lớp và tính phân dị theo các bloc

riêng với các thành phần và thông số ðịa - vật lý riêng

Tầng trung gian: Vp = 6,4 - 6,5 km/s ðặc tính phân lớp nằm gần nằm

ngang móng Trong ñó có những xen lớp và tốc ñộ Vp giảm xuống còn 6km/s, có các thể dị thường về tỷ trọng và ñới tăng cao tính dẫn ñiện Nó mang ñặc tính của một lớp mềm, vật chất trên nó có thể chuyển dịch ngang

Tầng trên và tầng trung gian có các ñá phức tạp, có thể bao gồm ñá biến chất, nói chung là ñá axit

Tầng dưới: Vp = 6,8-7,0km/s gồm các ñá biến chất tướng granulit, các ñá

bazic và siêu bazic

Hình 4.2

Kiểu vỏ ñại dương: Cấu trúc vỏ ñại dương gồm 4 lớp (hình 4.3)

1- Lớp nước che phủ ñại dương

2- Lớp thứ nhất là lớp trầm tích bở rời Vp = 3 km/s Dày từ vài trăm mét ñến 1 km, ít khi dày hơn

3- Lớp thứ hai có Vp = 4 - 4,5 km/s

Thành phần là dung nham bazan có xen lớp ñá silic và cacbonat dày từ

1-15 km có nới dày 3 km

4- Lớp thứ ba có Vp = 6,3-6,4km/s (có khi ñến 7 km/s) Thành phần là ñá bazic (gabro) và một bộ phận là ñá siêu bazic (pyroxenit) Một số nơi grabo bị biến chất thành amphibolit chưa khoan quan hết lớp này

ðặc trưng của kiểu vỏ ñại dương là không có lớp granitognai Bề dày chỉ

từ 5-12km, trung bình là 6-7 km (ở ñáy Thái Bình Dương)

Kiểu vỏ á lục ñịa: Loại này gặp ở những cung ñảo (Alent, Kuril ) bao

quanh lục ñịa Cấu trúc gần với kiểu vỏ lục ñịa nhưng bề dày nhỏ, chỉ 20-30km

và có ñặc ñiểm là các lớp cứng hoá không rõ ràng ở vùng dâng bao quanh ðại Tây Dương phần kéo dài cử lục ñịa xuống dưới nước thì bề dày rút ngắn và lớp granitognai cũng vát nhọn khi ñi về phía sườn lục ñịa Kiểu vỏ sa ðại Dương: Cấu trúc gồm ba lớp: (hình 4.4)

Có thể hình dung cấu trúc vỏ Trái ñất qua sơ ñồ khái quát 9hình 4.5)

II Khái niệm về thuyết ñẳng tĩnh

Hiện tượng ñẳng tĩnh của vỏ Trái ñất là sự ñi ñến cân bằng của vỏ Trái ñất ñối với tác dụng của trọng lực

Người ta nhận thấy nới núi cao, ví dụ như Hymalaya, thì mặt Môhô lại hạ xuống so với xung quanh, nới biển sâu, như ở ñáy ðại Dương thì mặt Môhô lại dâng cao Dị thường trọng lực Bughê cũng tưiơng ứng có những biến ñổi Vỏ Trái ñất dày hoặc mỏng sẽ có những tác ñộng trọng lực khác nhau ñối với sâu

Vì thế ñể ñối trọng lại (bù trừ lại) những biến ñổi lớn về trọng lực tại những nơi khác nhau trên vỏ Trái ñất tất sẽ có những ñiều hoà ñể làm cân bằng ñẳng tĩnh Trái ñất Có 2 thuyết giải thích

1 Thuyt c a J.H.Pratt (1885) cho rằng vỏ Trái ñất nằm trên 1 mặt ñẳng

áp ñó cách mặt biển 1 ñộ sâu nhất ñịnh vè ñộ sâu ñó chung cho cả ñịa hình trên

vỏ Trái ñất ðịa hình cao ñược xem như gồm những trụ vật thể có tích diện như nhau song tỷ trọng khác nhau Và có trọng khối như nhau ðịa hình thấp và ở biển các trụ có tỷ trọng lại lớn hơn ở vùng núi Sự phân bố ñó làm cho trọng lực ñược cân bằng Chúng có thể ñiều hoà lẫn nhau trên mặt ñẳng áp (hình 4-6)

2 Thuyt G.B.Airy (1885) cho là vật chất gồm những khối thể có tỷ trọng

như nhau và tương ñối nhẹ (Giả ñịnh 2,67 g/cm3) nằm trên một vật chất dẻo nhưng có tỷ trọng lớn (giả ñịnh 3,27/cm3) ở phần núi cao nặng hơn sẽ chìm xuống sâu vào vật chất dẻo và vật chất dẻo với tỷ trọng lớn ấy sẽ từ từ làm cân bằng trạng thái ñẳng tĩnh của vỏ Trái ñất (hình 4-6)

Dù là tỷ trọng khác nhau hay ñồng nhất trong các khối thể ñịa hình trong

cả 2 giả thuyết trên nhưng chúng có ñiểm chung là các khối trôi trên một vật thể chất dẻo có thể di ñộng ñiều hoà sự mất cân bằng Hai giả thuyết còn chưa chú ý tới sự không ñồng nhất của vật chất trong Trái ñất và trạng thái vận ñộng của chúng

Ý nghĩa thực tế: Là hiện tượng có thực và có tác ñộng trong ñời sống con người Dưới ñây là những ví dụ:

a Vùng Scăngñinavơ trước ñây 15 000 năm bị lớp băng dày hàng ngàn mét phủ lên và gây một trọng lực nhất ñịnh Bây giờ băng tan làm phá vỡ trạng thái cân bằng, bán ñảo nâng dần lên, trong mười ngàn năm lại ñay nâng lên 250m Hiện nay tốc ñộ nâng lên 1cm/năm Còn vùng Groenland thì ñang hạ xuống vì băng phủ ñè lên dày tới 3 - 4 km

b Vùng ñập nước lớn, sau khi nước vào, trọng lượng cột nước sẽ gây mất cân bằng Thống kê cho thấy nếu ñập cao hơn 100m, dung tích nước lớn hơn 108m3 thì gần nơi ñấy xuất hiện ñộng ñất, vùng lân cận tương ñối nâng lên

c đã ựo ựược ở vùng núi hymalaya nâng cao với tốc ựộ 1,87 cm/năm và dịch chuyển về Bắc 5 -6 cm/năm

d Vùng Anựơ và vùng Thái Bình Dương nhiều núi lửa, ựộng ựất có thể do liên quan với sự ựiều hoà cân bằng ựẳng tĩnh này của trọng lực và di chuyển của vật chất dưới sâu

III Thành phần vật chất của vỏ Trái ựất

Sau khi hiểu qua vũ trụ, Trái ựất toàn bộ và ựối tượng chắnh là vỏ Trái ựất, chúng ta bắt ựầu ựi vào nghiên cứu vỏ Trái ựất với các ựặc trưng về thành phần vật chất ựể từ ựó hiểu sâu hơn các quá trình địa chất xảy ra ở vỏ đối tượng chắnh là những vật chất thấy ựược và nghiên cứu ựược bằng phương pháp địa chất học, không ựi sâu nghiên cứu về mặt cấu trúc vật chất thuộc lĩnh vực vật lý học Các kết quả nghiên cứu về ựịa hoá sẽ ựược ứng dụng chứ không ựi vào phương pháp phân tắch

A Các nguyên tố trong vỏ Trái ựất

Trong Trái ựất cá nguyên tố tồn tại dưới dạng phân tán không ựồng ựều, luôn luôn kết hợp, luôn luôn biến ựổi trong các khoáng vật, các ựá khác nhau

để nắm ựược số lượng các nguyên tố trong Trái ựất người ta tiến hành lấy mẫu từ trên mặt cho ựến ựộ sâu từ 16 ựến 20 km và ựem phân tắch Clac (W.Clacrk) (Mỹ) năm 1889 lần ựầu tiên công bố kết quả sau nhiều năm phân tắch thống kê, tìm ra tỷ lệ % trọng lượng các nguyên tố Sau ựó Clac ựã cùng H.S.Washinglơn sau 35 năm thu thập 5159 mẫu, tắnh ra hàm lượng bình quân của 50 nguyên tố Số liệu công bố ựã gây nên sự chú ý mạnh mẽ của các nhà Khoa học Người ta gọi trị số % trọng lượng nguyên tử của nguyên tố trong vỏ Trái ựất theo ựơn vị g/tấn (hoặc tắnh ra %, vắ dụ 1g/tấn - 10-4%) là trị số Clac Cho ựến nay ựã nhiều tác giả công bố trị số Clac theo kết quả phân tắch của mình

Trị số Clac các nguyên tố chủ yếu của vỏ Trái ựất

Các

nguyên tố

Theo Clac Wnshing tơn 1924

+ Các nguyên tố của vỏ Trái ñất chủ yếu là 8 nguyên tố trên, trong ñó O, Si,

Al là chủ ñạo (người ta nói thành phần vỏ Trái ñất chủ yếu là các Alumoslicat) chiếm hơn 80% trọng lượng vỏ, O chiếm gần 50%

* Còn lại là Ti: 0,52; C = 0,46; Mn: 0,12; S: 0,11 và các nguyên tố khác: 0,37%

+ Thành phần trên cũng gần với thành phần của sao Kim, sao Hoả

+ So với thành phần nguyên tố của Trái ñất thì O vẫn là chủ ñạo tiếp theo là

Fe, Si, Mg, còn ở vỏ thì nhóm Al, Ca, Mg, Na lại tượng ñối nhiều

+ Các nguyên tố kim loại có ích (Cu, Bb, zn ) chiếm tỷ lệ rất thấp (ví dụ theo thống kê của các tác giả trên Cu có từ 0,0047 - 0,01%; Pb từ 0,00016 - 0,0002%; C từ 0,023 - 0,35%

Thành phần các ô xyt chủ yếu của vỏ Trái ñất - % trọng lượng

Trị số Clac xem như là trị số phông các nguyên tố của vỏ Trái ñất

B Khoáng vật

... lượng ñể ñưa vào sử dụng có ích cho người

ðối với lĩnh vực địa chất cơng trình, địa chất thuỷ văn ngành có liên quan địa chất học đóng góp hiểu biết cần thiết cho công tác xây dựng, thiết... 4000 - 6000 mét Người ta phân địa hình bồn đại dương ñồi biển thẳm ñồng biển thẳm

- ðồi biển thẳm (abysal hill) có địa hình nhơ cao ñáy biển ñộ 75 - 900

mét

- ðồng... thành phần vật chất ựể từ ựó hiểu sâu q trình địa chất xảy vỏ đối tượng chắnh vật chất thấy ựược nghiên cứu ựược phương pháp địa chất học, không ựi sâu nghiên cứu mặt cấu trúc vật chất thuộc lĩnh