Форма, размеры и строение Земли. Физические свойства и химический состав Земли
Форма Земли, близкая к эллипсоиду вращения, представляет собой двухостный эллипсоид, малая ось которого является осью вращения. Большая ось эллипсоида составляет 12756 км, малая - 12714 км. Сечение эллипсоида по экватору представляет собой круг диаметром, равным большой оси. Сравнительно малая разница (42 км) между длинами обеих осей эллипсоида делает его близким к шару, что определяет обычное употребление «земной шар». Земной шар имеет следующие размеры:
длина меридиана - 40009 км;
длина экватора - 40076 км;
площадь поверхности Земли - 510 млн.км2
Объем Земли - 1080000 км3
Непосредственному изучению подвергнута только часть земного шара в пределах 10 км от поверхности земли.
Земля состоит из ряда концентрических оболочек, называемых геосферами.
К пушферическим геосферам относятся атмосфера и гидросфера, а к геосферам тела Земли - 1) земная кора, иначе называемая метосферой, 2)мантия и 3) ядро.
В центре находится ядро (радиус 3400 км), вокруг которого располагается мантия в интервале глубин от 50 до 2900 км. Внутренняя часть ядра предполагается твёрдой, железо -- никелевого состава. Мантия находится в расплавленном состоянии, в верхней части которой располагаются магматические очаги.
На глубине 120 - 250 км под материками и 60 - 400 км под океанами залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде.
Выше мантии находится земная кора, мощность которой резко изменяется на материках и в океанах. Подошва коры (поверхность Мохоровичича) под континентами находится на глубине в среднем 40 км, а под океанами -- на глубине 11 -- 12 км. Поэтому, средняя мощность коры под океанами (за вычетом толщи воды) составляет около 7 км.
Масса Земли равна 5, 975*1027т, объемная масса - 5,52 г/см3, плотность ядра от 9 до 12 г/см3. Земля создает огромное гравитационное поле. Ускорение свободного падения на поверхности земли на уровне моря равно: на экваторе 9,78 см/с2, на полюсе - 9,83 см/сек2. (Фильм «Слои Земли).
Из химических элементов таблицы Менделеева лишь не многие имеют широкое распространение в земной коре - это кислород, кремний, железо, алюминий, магний. Содержание остальных элементов составляет всего лишь 3 массовых процента.
3емная кора и ее строение
Как мы уже сказали. В строении земли выделяют 3 основных геосферы: 1) наружную земную кору 2) мантию и 3) ядро. Рассмотрели строение земной коры.
При прохождении сейсмических (продольных и поперечных волн) волн в горных породах (под материками на глубине 50-70 км, под океанами - на глубине 3-10 км) отчетливо выделяют 2 слоя, на границе которых происходит резкое изменение скорости распространения волн. Этот раздел, где скорость продольных упругих колебаний резко возрастает от 6,9 - 7,4 до 8,0 - 8,6 км/с, получил наименование поверхности Мохоровичича (или Мохо), по фамилии югославского ученого, впервые установившего это явление. Резкое изменение скорости прохождения волн на определенных глубинах указывает на границы перехода между какими-то (еще не установленными) уплотненными породами. В связи с этим в коре выделяют 3 основных слоя (Рис. 2):
1. осадочный чехол, состоящий из мягких слоистых пород, со скоростью прохождения сейсмических волн 5,5 км/с;
2. гранитный слой (гранито-гнейсовый)- скорость равна 5,5 - 6,5 км/с;
3. базальтовый слой со скоростью равной 6,9 - 7,4 км/с.
Рисунок 2. Слои земной коры
Первые два слоя имеют прерывистые залегания и достаточно хорошо изучены, третий еще хорошо не исследован. Граница между осадочным чехлом и гранитным слоем отбивается четко, между гранитным и базальтовым - плохо.
Выделяют кору 2 типов:
1) материковую или континентальную; 2) океаническую.
Кора материкового типа состоит из гранитного слоя мощностью до 30 км, прикрытого в отдельных участках осадочным чехлом мощностью до 15 - 20 км и более, на котором залегает слой почвы. В океанической коре гранитный слой отсутствует, кора здесь состоит из базальтового слоя прикрытого тонким слоем (менее 1км) донных осадков. Под материками на высоте 50 - 70 км залегает верхняя мантия. Далее с высоты 290м скорость сейсмических волн вновь возрастает - начинается земное ядро.
Представление о происхождении Земли и Солнечной системы
Проблема происхождения Земли и Солнечной системы интересовала человечество еще в глубокой древности. Уже в средние века по этому вопросу существовало два принципиально различных представления. Одни ученые утверждали, что в центре мироздания располагается неподвижная Земля, а все остальные планеты, Солнце и другие звезды обращаются вокруг нее, другие -- что в центре мироздания находится Солнце. В середине XVI века великий польский астроном Николай Коперник (1473 - 1543) математически развил гелиоцентрическую гипотезу. Открытие Кеплером (1571 - 1630) закона движения планет, а Ньютоном (1643 - 1727) закона всемирного тяготения имело огромное значение для объяснения происхождения Солнечной системы. Начало научной космогонии связано с именами Иммануила Канта (1729 - 1804) и Пьера-Симона Лапласа (1749 -1827). Ими впервые был провозглашен принцип развития Солнечной системы под воздействием природных сил. Оба они придерживались мнения, что исходный материал, из которого формируются планеты, находится в разреженном состоянии в виде газа (Лаплас) или в виде определенных частиц (Кант).
В основу гипотезы Канта положены реальные физические силы -- притяжение и отталкивание. По его представлениям Солнечная система образовалась из первичной пылеобразной материи, находившейся в хаотическом состоянии. По закону всемирного тяготения зти разнообразные по величине частицы приходят в движение. В результате возникают разнообразные звездные сгущения, которые в свою очередь начинают притягивать более мелкие. Таким образом, образовались отдельные крупные сгустки звездного вещества -- звезды. Лапласом за прообраз Солнечной системы принимается распаленная газовая туманность, обладавшая изначальным вращением, во время которого она сплющивалась так, что полярный диаметр ее стал в 1,5 раза короче экваториального. Вся туманность по мере охлаждения сжималась все быстрее и быстрее, сплющиваясь по экватору, и, наконец, под влиянием центробежной силы наступил момент отрыва частиц внешней экваториальной части по кольцу газовой туманности («Отрыв колец»). Оторванные частицы образовали «уплотнения», которые продолжают вращаться вокруг оси. В дальнейшем эти «кольца» разрывались, и вещество их свертывалось в планеты, а центральный сгусток туманности превратился в Солнце. По Лапласу Солнечная система -- раскаленная, но постепенно остывающая масса.
Гипотеза Лапласа приобрела большую популярность и оказала огромное влияние на развитие астрономии конца XIX века. Однако вскоре было установлено, что превращение газового кольца в планету невозможно; газ должен «рассеяться», раздробиться на ряд больших тел, кроме того, эта гипотеза не учитывала одно из основных положений механики -- момент вращения: она не объяснила, почему почти вся энергия (98%) оказалась захваченной столь малой частью всей системы - планетами, тогда как основная масса материи (99,87%) сосредоточена на Солнце, на которое приходится 2% момента количества движения.
Согласно теории О.Ю. Шмидта (1891 - 1956) Солнце старше планет, в том числе и Земли. Земля и другие планеты образовались из межзвездной метеоритной пыли, захваченной Солнцем путем «сбора» твердых частиц -метеоритов. Шмидт полагал, что поверхность земли не была в раскаленном состоянии, а имела температуру около 44° и с момента своего возникновения получила тепло от Солнца.
По мнению В.Г. Фесенкова, Земля образовалась сразу во всей массе, а не «собиралась» из отдельных частиц. Солнце, Земля и окружающие их планеты образовались одновременно, это единый процесс происхождения звездной системы из одной и той же исходной среды -- некоторой газово-пылевой туманности. Внутренние части этого уплотнения послужили материалом для образования Солнца, внешние -- других планет и Земли.
Несколько миллиардов лет назад Солнце выделилось, подобно другим звездам, из местного уплотнения в некоторой газово-пылевой среде, находящейся в неустойчивом состоянии. Вначале оно представляло собой довольно массивное тело с массой в 8 -- 10 раз больше современной, с быстрым вращением вокруг своей оси, значительно уплотненное, окруженное газово-пылевой туманностью, сосредоточенной преимущественно экваториальной плоскости. Это газовое облако обладало неправильной структурой, имело вихреобразное движение, стремящееся выравнивать разности скоростей вращения вокруг центрального вращения. Из вещества, оставленного Солнцем, должны были образоваться различные планетные сгущения планеты и Земля. Обладая достаточной плотностью, эти соединения оказались устойчивыми против разлагающего приливного действия Солнца и могли продолжать самостоятельное существование, двигаясь в более разреженной окружающей среде и присоединяя ее части к своей массе.
Согласно Библии Землю создал Бог. Все на Земле Бог устроил за шесть дней.
В первый день создал Бог свет и светило, светло сделалось на Земле, сразу наступил ясный светлый день.
Во второй день создал Бог твердь, по сову Божию открылся обширный небесный свод, который мы видим под собою.
В третий день Господь Бог повелел, чтобы вода на земле собралась в особенные места и вдруг образовались ручейки, реки, озера, где же воды не было, там выдалась сухая земля, на которой видим большие и малые горы. В этот день Господь Бог сказал: «Пусть произростит земля травы, овощи и цветы. Пусть на земле растут деревья и приносят плоды».
В четвертый день Бог сказал: «Пусть явятся на тверди небесной светила, которые освещали бы землю и по которым люди могли бы отличать день от ночи, считать месяцы и годы, и замечать весну, лето, осень и зиму». И на небесном своде заблистали бесчисленные светила, между которыми два кажутся больше всех. Творец повелел, чтобы одно из них светило днем, а другое ночью. Это - светлое Солнце и бледная Луна.
В пятый день Бог сказал: «Пусть в воде живут рыбы, а по воздуху летают птицы».
В шестой день Бог сотворил Животных и зверей.
В седьмой день Бог ничего не творил, заповедал и людям седьмой день недели посвящать Богу: ходить в церковь и дома молиться посещать больных, читать священные книги.