I. CÁC QUYỂN CỦA TRÁI ĐẤT
- Các phương pháp địa vật lý, đặc biệt là phương pháp địa chấn cho phép người ta giả thuyết rằng trái đất được cấu tạo bởi một số quyển khác nhau về thành phần hay trạng thái vật chất. Ranh giới giữa các quyển là mặt phân chia bậc I. Mỗi quyển lại phân chia thành một số lớp và ranh giới giữa các lớp là mặt phân chia bậc II.
- Cấu trúc bên trong vỏ trái đất gồm có: vỏ trái đất, quyển manti và nhân. Căn cứ vào sự thay đổi tốc độ sóng địa chấn, nhà địa chất học Oxtraylia K.E. Bulen cho rằng trái đất có 7 lớp: Lớp A (vỏ trái đất), các lớp B, C, D (quyển manti) và các lớp E, F, G (nhân)
- Vỏ trái đất gồm một phức hệ đá nằm trên mặt Môkhôrôvich. Ðây là mặt phân chia vỏ trái đất với quyển manti mang tên nhà khoa học Nam Tư, người đề xuất vào năm 1909 (gọi tắc là mặt Môkhô).
[url= ] [/url]
- Vỏ trái đất chiếm khoảng 1% thể tích và 0,5% khối lượng của trái đất. Vỏ có bề dày và cấu tạo không giống nhau:
+ Ở vùng đồng bằng bề dày: 35 - 40km
+ Ở vùng núi già tới: 50 - 60km, còn ở vùng núi trẻ có thể tới 80km.
+ Còn dưới lòng đại dương, chỗ nâng cao là nơi bề dày của vỏ vào khoảng 5 - 10km.
- Vỏ trái đất cấu tạo không đồng nhất, ở trên mặt là đá trầm tích, tích động ở đại dương, biển hoặc ở lục địa. Thành phần gồm cát, sét, đá vôi, đôlômit,.... Bề dày đá trầm tích thay đổi từ 0 - 20km. Trong đá trầm tích tốc độ sóng dọc vào khoảng 4 - 5km/giây.
- Dưới lớp đá trầm tích là lớp Granit, cấu tạo bằng đá trầm tích bị biến chất trong điều kiện nhiệt độ, áp suất cao và đá macma hình thành từ dung dịch silicat nóng chảy từ các lò macma trong lòng đất thoát ra. Ðó là các đá gơnai, phiến thạch, đá hoa, và đá granit. Bề dày của lớp granit thay đổi từ khoảng 40km từ các thể núi tới khoảng 10km ở vùng đồng bằng, ở lòng đại dương lớp granit không có. Tốc độ sóng dọc trong lớp granit là 5,5 - 6,5km/giây.
- Bên dưới lớp granit là lớp đá bazan, cấu tạo bởi đá macma bazơ và một phần nào ở lục địa bằng đá biến chất chặt sít giàu manhê và sắt. Bề dày của lớp bazan có thể tới 20 - 25km ở vùng đồng bằng 15 - 20km ở vùng núi; dưới đại dương lớp bazan rất mỏng. Tốc độ sóng dọc trong lớp bazan 6,5 - 7,2km/giây.
- Người ta chia ra một số kiểu vỏ trái đất: kiểu vỏ lục địa, kiểu vỏ đại dương, và kiểu vỏ á lục địa, kiểu vỏ á đại dương.
2. Quyển manti
- Quyển này chiếm 83% thể tích, 67% khối lượng trái đất và nằm từ ranh giới vỏ trái đất xuống tới độ sâu 2900km. Quyển manti được cấu tạo bằng đá siêu bazơ, nghèo silic nhưng giàu sắc và manhe vì thế quyển này có tên là quyển pêriđôtít hay quyển sima.
- Quyển manti chia làm 3 lớp: B, C, D. Hai lớp B và C tạo nên quyển manti trên (80 - 900km), còn lớp D - quyển manti dưới. Lớp B xuống tới độ sâu 400km và đặc trưng bởi sự tăng dần sóng địa chấn. Tuy nhiên ở độ sâu 100 - 250km dưới đại lục và 50 - 400km dưới đại dương là đới có tốc độ sóng địa chấn hạ thấp, độ nhớt và tỉ trọng vật chất giảm (quyển mềm). Quyển mềm là đới hoạt động của trái đất, gây nên sự sửa đổi lại cấu trúc và thành phần của vỏ trái đất.
- Quyển manti dưới nằm trong khoảng độ sâu từ 900 - 2900km. Tốc độ sóng địa chấn dọc tuy có tăng song rất chậm, đạt tới 13,6km/giây. Quyển này có tính chất một vật thể rắn ở trạng thái kết tinh, đặc trưng bởi thành phần giống nhau, chủ yếu là oxit manhe, oxit silic, và oxit sắt.
3. Nhân trái đất
Nhân trái đất chiếm 17% thể tích và gần 34% khối lượng trái đất. Nó bắt đầu từ độ sâu 2900km vào đến tâm trái đất và gồm 3 lớp: nhân ngoài (lớp E), lớp chuyển tiếp (lớpF), và nhân trong (lớp G). Thành phần vật chất và tính chất vật lý của nhân là một trong những vấn đề phức tạp nhất của địa chất học. Theo các tài liệu nghiên cứu địa chất thì nhân ngoài (2900 - 5000km) có tính chất của chất lỏng vì sóng ngang không đi qua được. Nhân trong được giả thuyết là rắn và lớp trung gian (5000 - 5100km) có tính chất chuyển tiếp.
[url= ] [/url]
II. VẬT LIỆU TẠO THÀNH TRÁI ĐẤT VÀ CHU TRÌNH THẠCH HỌC
- Ðịa chất học là nền tảng trên việc nghiên cứu các loại đá, bao gồm: thành phần của đá, sự phân bố, sự hình thành và phá hủy chúng.
- Ðá là vật liệu phổ biến nhất trên trái đất. Ðá được gặp ở dạng mảnh vụn lót đường, là cuội trong các dòng suối hay các vách đứng trên các đỉnh núi cao. Chúng là những vật liệu tạo thành vỏ trái đất. Theo phương thức thành tạo, các đá trên mặt đất được xếp thành 3 nhóm: đá macma, đá trầm tích, và đá biến chất.
- Ðá là tập hợp của các khoáng vật. Khoáng vật lại là những hợp chất hóa học có đặc điểm về thành phần và tính chất vật lý xác định. Một cách chi tiết hơn, ta thấy khoáng vật được hình thành từ việc sắp xếp các nguyên tố hóa học, mà các nguyên tố này lại là kết quả của sự sắp xếp của các proton, neutron và electron. Chuổi các quan hệ này được minh họa trên sơ đồ (hình). Hiện đã có 2000 khoáng vật được xác định, nhưng chỉ có hơn 40 khoáng vật là thành phần tạo đá chính của vỏ trái đất.
1. Các nhóm đá
- Ðá macma (igneous rocks) được xem là nguồn cội của các đá khác. Tên gọi xuất phát từ tiếng Lating (Ignis) nghĩa là lửa vì nó được hình thành từ sự nguội lạnh của một khối nóng lỏng hay nói khác hơn là quá trình ngưng kết của các silicat nóng chảy xảy ra trong lòng hoặc trên bề mặt trái đất.
- Tùy theo điều kiện ngưng kết mà người ta chia đá macma làm hai nhóm:
+ Ðá sâu hay đá xâm nhập thành tạo do macma xâm nhập vào vỏ trái đất và ngưng kết ở dưới sâu. Chia làm 3 loại: đá sâu (trên 3 - 5km), đá nông và đá mạch.
+ Ðá phún xuất hay đá trên mặt thành tạo khi macma phun lên mặt đất rồi mới ngưng kết. Chia làm hai loại: đá phún xuất kiểu cổ và đá phún xuất kiểu mới. Mỗi loại đá phún xuất ứng với mỗi loại đá xâm nhập cùng thành phần hóa học.
- Ðá trầm tích - gốc Lating là Sedimentum nghĩa là sự lắng đọng. Ðá trầm tích là sản phẩm của sự phá hủy cơ học và hóa học các đá đã tồn tại trước chúng do tác dụng của các nhân tố khác nhau trên mặt hoặc ở phần trên cùng của vỏ trái đất. Sản phẩm của sự phá hủy được gió, nước chảy, băng hà mang đi và tích đọng ở biển, hồ và một phần trên đường vận chuyển. Khối chính trầm tích lắng đọng ở biển gọi là trầm tích biển. Trầm tích lắng đọng ở biển do vật liệu được mang từ đất liền ra thì gọi là trầm tích lục nguyên. Trầm tích thành tạo ở lục địa (dưới nước cũng như trên cạn) thì gọi là trầm tích lục địa.
+ Ðá trầm tích chiếm khoảng 75% diện tích đất nổi. Khác với đá macma, đa số đá trầm tích có cấu tạo phân lớp và có di tích hữu cơ. Thành phần hóa học đa dạng hơn của đá macma và đá biến chất đã tồn tại trước vì trong đá trầm tích gồm 3 loại thành phần: khoáng vật có trước khi thành tạo trầm tích, khoáng vật thành tạo ở các giai đoạn hình thành đá trầm tích, và di tích hữu cơ.
+ Ðá trầm tích hình thành ở mọi thời kỳ địa chất. Căn cứ vào các di tích hữu cơ (hóa thạch) tìm được trong đá, người ta có thể xác định được tuổi tương đối của tầng đá.
- Ðá biến chất (metamorphic) là đá macma hoặc đá trầm tích nguyên sinh bị biến đổi rất sâu sắc mà thành. Do sự biến đổi điều kiện lý, hóa, các đá nguyên sinh không những chỉ biến đổi về thành phần khoáng vật mà đôi khi cả về thành phần hóa học và cả về kiến trúc cùng cấu tạo ban đầu.
+ Nguyên nhân của sự biến chất có thể là do tác dụng của macma nóng chảy, của dung dịch khí và nước thoát ra từ lò macma trong lòng trái đất lên, có thể là do nhiệt độ cao và áp suất rất lớn từ khắp mọi phía (áp suất thủy tỉnh) khi đá lún xuống sâu và bị nhiều lớp đá khác phủ lên, có thể do áp suất rất cao theo một hướng nhất định (áp suất định hướng) liên quan đến các chuyển động tạo núi.
2. Chu trình thạch học
- Chu trình thạch học là quá trình phản ánh mối liên hệ của 3 nhóm đá macma - trầm tích - biến chất. Theo thời gian và theo những điều kiện biến đổi, các nhóm đá kể trên có thể chuyển biến lẫn nhau. Mối liên hệ này là một vòng khép kín.



- Trên sơ đồ, vòng ngoài cùng biến thành một chu trình hoàn chỉnh. Những đường bên trong biểu thị những đường tắt thường xảy ra trong hệ thống.
- Ðá macma chỉ hình thành từ dung thể macma. Ðây là con đường duy nhất một chiều.
- Từ các đá mẹ, theo các quá trình biến đổi khác nhau sẽ hình thành nên các đá khác nhau.
- Trước hết quá trình phong hóa tác động lên các đá rắn. Tất cả các đá rắn bất kỳ thuộc nhóm nào khi phơi bày trên mặt đất, sẽ chịu sự tác động xói mòn. Các sản phẩm của quá trình phong hóa, cuối cùng sẽ tạo thành các đá mới như đá trầm tích, đá biến chất và thậm chí cả đá macma nữa. Trượt lở, nước mặt, gió và băng hà sẽ cùng phối hợp để vận chuyển các sản phẩm phong hóa từ nơi này sang nơi khác. Trong chu trình lý tưởng, điểm cuối cùng của các vật liệu này là đáy đại dương; tại đây các lớp bùn mịn, cát, sạn, sỏi được tích lũy dần, được cô động thành các đá trầm tích.
- Nếu chu trình không bị gián đoạn, các đá trầm tích ban đầu này sẽ bị chôn vùi và bị nén bởi trọng lượng của khối đá bên trên. Các đá này lại tiếp tục chịu tác động của nhiệt và sự nén ép do di chuyển của các mảng kiến tạo. Ðể cân bằng với môi trường mới các đá trầm tích bị thay đổi mạnh mẽ trở thành các đá biến chất.
- Nếu đá biến chất trên tiếp tục bị nhiệt và áp suất tác động thì nó có thể bị chảy lỏng ra thành dung thể macma và khi bị nguội lạnh thì thành đá macma.
- Những đường tắt có thể xuất hiện trong chu trình tạo nên những gián đoạn. Một số gián đoạn có thể gặp:
- Ðá macma sau khi hình thành vẫn không xuất lộ trên mặt đất và như vậy không chịu tác động bởi quá trình phong hóa. Nhưng nếu sau đó chúng chịu tác động trước tiên của nhiệt độ, áp suất thì chúng có thể chuyển thành đá biến chất.
- Sau khi đá trầm tích hay biến chất được thành tạo, chúng phải chịu sự tác động mạnh mẽ của quá trình phong hóa khiến cho chúng hoàn toàn bị phá hủy nên không còn tiếp tục đến giai đoạn kế tiếp.
III. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA TRÁI ĐẤT
1. Tỉ trọng vật chất bên trong trái đất
- Tỉ trọng trung bình của trái đất là 5,52g/cm3. Trong khi đó tỉ trọng trung bình các đá cấu tạo vỏ trái đất không vượt quá 3,0 - 3,1g/cm3. Do đó tỉ trọng tăng rất lớn theo độ sâu (Bảng 1, Magnitxki,1965)
Bảng 1: Tỷ trọng của trái đất qua các lớp


[img] [/img]
Từ bảng ta thấy rõ sự tăng vọt tỉ trọng vật chất ở ranh giới của nhân.
2. Áp suất và trọng lực bên trong trái đất
Ứng với sự thay đổi tỉ trọng bên trong trái đất người ta đã tính toán được sự thay đổi của áp suất và gia tốc trọng lực.



- Từ bảng trên ta thấy áp suất ở ranh giới nhân ngoài đạt gần 1,4 triệu atm, còn ở ranh giới nhân trong đạt trên 3 triệu atm.
- Một vật trên mặt đất chịu tác động của hai lực, lực hút của trái đất và lực ly tâm sinh ra do sự tự quay của trái đất. Trọng lực chính là hợp lực của hai lực đó, do bán kính của trái đất ở cực ngắn hơn ở xích đạo nên trọng lực miền cực lớn hơn ở xích đạo.
- Theo lý thuyết thì trên cùng một vĩ độ trọng lực không thay đổi và được gọi là trọng lực bình thường. Nhưng thực tế thì trọng lực của vật trên cùng một vĩ độ thay đổi và được gọi là trọng lực bất thường. Nguyên nhân gây ra trọng lực bất thường là độ cao tuyệt đối khác nhau và khối lượng đất đá khác nhau phân bố không điều trên cùng vĩ độ ấy. Cũng theo lý thuyết thì gia tốc của trọng lực giảm đều từ mặt trái đất đến trung tâm. Nhưng thực tế thì không phải như vậy: đại lượng của gia tốc gần như tăng đều và đạt trị số tối đa ở gần ranh giới nhân, sau đó giảm xuống nhanh và ở trung tâm trái đất nó bằng 0, vì ở đây lực hút tác động ngang nhau ở mọi phía và trọng lực bằng 0.
3. Nhiệt bên trong trái đất
- Trái đất nhận được hai nguồn nhiệt: một từ mặt trời, một nguồn từ lòng trái đất tỏa ra. Nhiều quá trình địa chất xảy ra trên trái đất và cả trong những lớp trên của vỏ trái đất đều chịu sự chi phối của các lượng nhiệt đó.
- Về phương diện lý thuyết thì nhiệt lượng ở mỗi điểm của mặt đất nhận được của mặt trời phụ thuộc trực tiếp vào sức nóng của mặt trời. Nhưng trong thực tế, quá trình nung nóng mặt đất ở mỗi nơi một khác vì nó còn phụ thuộc vào vĩ độ, vào độ cao địa hình, vào sự phân bố của đại dương, biển và đất liền trên trái đất, vào đặc điểm và bề dày của thảm thực vật, vào các dòng không khí và dòng biển.
- Xuống sâu trong các lớp của vỏ trái đất thì những lớp càng ở dưới càng ít phụ thuộc vào nhiệt mặt trời, và xuống tới độ sâu nào đó thì nhiệt độ không phụ thuộc vào nhiệt độ trên mặt đất, không phụ thuộc theo mùa nữa. Tầng ấy gọi là tầng thường ôn.
+ Nhiệt độ tầng thường ôn bằng nhiệt độ trung bình năm trên mặt đất. Tầng thường ôn nằm ở những độ sâu khác nhau tùy theo miền và tùy theo tính dẫn nhiệt của đá nằm trên. Nó ở độ sâu từ 2 - 40m (ở Matcova nó nằm sâu gần 20m, ở Pari gần 28m). Ngoài ra nó còn phụ thuộc theo miền và phụ thuộc vào biên độ dao động nhiệt trên mặt đất hàng năm ở nơi đó. Dao động nhiệt độ càng lớn thì độ sâu của tầng thường ôn càng lớn.
+ Dưới tầng thường ôn, càng xuống sâu nhiệt độ càng tăng dần, song không điều vì nó phụ thuộc vào điều kiện địa chất và vào môi trường địa lý.
- Khoảng độ sâu bằng mét để nhiệt độ tăng lên 1oC gọi là địa nhiệt cấp. Trị số trung bình của địa nhiệt cấp là 33m.
- Số độ bách phân tăng lên khi xuống sâu một đơn vị chiều dài gọi là địa nhiệt suất. Trị số trung bình của địa nhiệt suất là 0,003oC/m. Ðịa nhiệt cấp và địa nhiệt suất có mối liên hệ nghịch và thay đổi tùy theo từng địa điểm.
- Tuy nhiên, sự tăng nhiệt độ ở dưới sâu không thể xảy ra một cách liên tục như nhau, vì nếu nhiệt cấp vẫn giữ mức 33m thì xuống đến tâm trái đất nhiệt độ sẽ tăng tới 191000oC và như vậy chỉ cần xuống sâu 60km thì nhiệt độ đó lên tới 1800oC. Nếu nhiệt độ quyển Sial lớn đến như vậy thì vật chất nơi đó phải ở trạng thái nóng chảy. Thực ra đại lượng trung bình của địa nhiệt cấp chỉ đúng với những lớp trên của vỏ trái đất. Ở độ sâu lớn hơn nhiệt độ giảm đi, hiện nay nhiều nhà địa vật lý cho rằng nhiệt độ trung tâm trái đất chỉ từ 2000 - 4000oC.
- Việc nghiên cứu nhiệt bên trong trái đất có một ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Ví dụ khi khai đào hầm mỏ, nhiều nơi nhiệt độ lên cao, người ta phải biết để có biện pháp làm mát nhân tạo. Trong nhiều trường hợp, nhiệt độ ở dưới sâu lên rất cao, người ta có thể dùng nhiệt đó để sử dụng…
4. Từ tính của trái đất
- Trái đất là một thanh nam châm cực lớn, khoảng không gian chịu ảnh hưởng của nam châm đó gọi là từ quyển hay từ trường của trái đất. Ngày nay người ta cho rằng từ tính của trái đất là do những hệ thống các dòng điện tồn tại trong nhân của nó, sinh ra do sự dịch chuyển vật chất trong nhân.
- Mặt khác, từ trường của trái đất còn do các đá của vỏ trái đất chứa những khoáng vật có từ tính.
- Trái đất có từ trường biến đổi liên quan với sự phát quang của mặt trời. Từ trường của trái đất được đặc trưng bởi độ từ thiên, độ từ khuynh và cường độ từ.
[img][/img]
IV. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA TRÁI ĐẤT
- Hiện nay người ta mới chỉ nghiên cứu trực tiếp được thành phần của vỏ trái đất tới độ sâu khoảng 15 - 20km. Muốn nghiên cứu thành phần hóa học của các phần sâu hơn thì phải dựa vào tài liệu gián tiếp của địa chấn học và khẳng định thêm bằng nghiên cứu thành phần vật chất của các thiên thạch.
- Những số liệu đầu tiên về thành phần hóa học của những lớp trên cùng của vỏ trái đất đã được nhà khoa học Mỹ Ph. Clac công bố vào năm 1889. Về sau, các số liệu ấy được xác định chính xác thêm. Ðể ghi nhớ công lao của ông, A. Phexcman viện sĩ Liên Xô đề nghị gọi các trị số đó là trị số Clac.
- Ở Liên Xô, công cuộc nghiên cứu sự phân bố các nguyên tố hóa học trong khoáng vật và đá để tìm ra thành phần hóa học của vỏ trái đất được nhiều nhà khoa học tiến hành như: V. Vecnatxki, A. Phecxman, A. Vinograđop ...

[img] [/img]
- Qua bảng trên chúng ta thấy các số liệu thu được là gần nhau qua các tác giả khác nhau và thời gian khác nhau. Như vậy, chúng phản ánh tương đối chính xác thành phần hóa học của vỏ trái đất. Sự phân bố các nguyên tố hóa học trong vỏ trái đất rất không đều; 8 nguyên tố đầu chiếm khoảng 97,24% (theo Ph. Clac) của toàn bộ trọng lượng vỏ trái đất.
- Do tỉ trọng của vật chất cấu tạo nên trái đất tăng theo độ sâu nên người ta cho rằng càng xuống sâu thì các nguyên tố nặng càng tăng lên.

Cảm ơn tác giả rất nhiều!Bài viết thực sự bổ ích!