Земля в мировом пространстве, ее происхождение. Состав и строение Земли

Солнечная система

Космогонические гипотезы

Состав и строение Земли

Величина и форма Земли

Рельеф поверхности Земли

Гравитационное поле Земли

Температура Земли

Магнитное поле Земли

Плотность Земли

Химический состав Земли

Строение Земли.

Внутренние сферы Земли

Земная кора

Осадочный слой

Гранитный слой

Базальтовый слой

Мантия

Ядро

Внешние сферы Земли

Гидросфера

Атмосфера

Биосфера

Вопросы для самопроверки

Земля - одно из бесчисленных небесных тел, рассеянных в безграничном пространстве Вселенной. Положением Земли в мировом пространстве люди стали интересоваться еще в далеком прошлом. В то время Земля считалась центром мира, вокруг которого вращаются все планеты, в том числе Солнце. Подробно эта схема мироздания была разработана александрийским ученым Птоломеем во II веке н. э. и называлась геоцентрической.

Истинное положение Земли как одной из планет Солнечной системы было доказано в XVI веке польским астрономом Николаем Коперником (1473-1543). Его открытие послужило толчком для развития астрономии на научной основе.

Солнечная система, которой принадлежит Земля, - весьма небольшой участок Вселенной, примыкающий к относительно крупному по размерам и массе центральному телу - Солнцу. Вокруг него по определенным орбитам вращается множество мелких тел - планеты, спутники, астероиды, кометы, а также космическая пыль и газы.

Планеты вращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости по орбитам, близким к круговым. В Солнечной системе известно 9 планет: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Расстояние их от Солнца подчиняется определенной закономерности: расстояние последующей планеты приблизительно в два раза больше, чем предыдущей. Земля находится от Солнца на расстоянии 149.500 тыс. км - 1 астрономическая единица. По положению в Солнечной системе, размерам и особенностям строения планеты делятся на две группы: "земного" типа (Меркурий, Венера, Земля, Марс) и планеты-гиганты (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Планеты первой группы имеют сравнительно высокую плотность, небольшие размеры, мало спутников. Планеты-гиганты, напротив, имеют малую плотность, близкую к 1, огромные размеры, много спутников.

Луна - естественный спутник Земли, находящийся от нее на расстоянии 384.400 км (между центрами). Диаметр Луны 3476 км. Оказывает на Землю и ее движение значительное влияние (приливы и отливы, а также деформации в твердой оболочке, аналогичные им). Плотность Луны 3,34 г/см³ (0,6 плотности Земли), масса = 1/81 массы Земли. На Луне нет атмосферы. Специфическая черта лунного ландшафта - изобилие характерных кольцевых гор, образующих различные кратеры и цирки. В недрах Луны нет тяжелых элементов-металлов, у нее нет магнитного поля. На поверхности Луны выделяются "моря" и "суша". "Моря" заполнены породами типа базальтов, выполняющих дно земных океанов. В составе лунных пород преобладают SiO₂ (40,0-43,8%), FeO (18,0-21,3%), Al₂O₃ (11,0-13,6%), CaO (10,0-10,7%), MgO (7,0-11,7%); соответствующие анализы для земных толеитовых базальтов дают 47,9%, 9,8%, 11,8%, 9,3%, 14,0%. Воды в лунных породах нет, а в примесях в разных, но, в общем, малых объемах встречаются почти все элементы, известные на Земле. Из минералов для лунных пород типичны пироксены, плагиоклазы, ильменит, оливин, кристобалит. Для "суши" - породы типа анортозитов. Возраст образцов лунных пород - 3,6-3,9 млрд. лет - сходен с возрастом земных пород.

Солнце - центральное тело Солнечной системы, оказывающее на Землю наибольшее влияние. Масса Солнца в 332400 раз больше земной. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли и равен 1391 тыс. км. Температура поверхности солнца 6000^о, а в недрах 20000000^о. Энергия Солнца обусловливает большинство физических и химических процессов на Земле, является источником жизни. В то же время Солнце - рядовая звезда Вселенной.

Земля получает лишь 1/2200000000 долю энергии Солнца, но и ее хватает для создания благоприятных жизненных условий.

Космогонические гипотезы. Еще во времена зарождения науки о Земле вопрос о ее происхождении рассматривался в тесной связи с проблемой происхождения Солнечной системы в целом. В 1755 году появилась гипотеза, выдвинутая известным немецким ученым И.Кантом: Солнечная система произошла из рассеянной материи, "первичного хаоса". Частицы "хаоса" вначале были неподвижны, но, по мере того как более плотные и крупные частицы притягивали менее плотные (по закону всемирного тяготения), они приходят в движение. Так образовались крупные сгустки, которые представляли собой обособленные звезды и планеты. Важно в гипотезе Канта то, что устранен вопрос о первом, "божественном", толчке (который предполагал Ньютон). Все в этой гипотезе объясняется физическими законами.

Французский математик и астроном П.Лаплас развил эту гипотезу. Он заметил, что все планеты Солнечной системы движутся вокруг Солнца почти в одной плоскости и по близким к круговым орбитам, в одном направлении. Исходя из этого, Лаплас представил образование Солнечной системы из гигантской раскаленной газовой вращающейся туманности с более плотным центральным ядром. Вследствие сжатия туманности увеличивается скорость ее вращения. В результате возрастающей центробежной силы от туманности стали отделяться концентрические газовые кольца вдоль экваториальной плоскости. Кольца продолжали вращаться, а в результате неравномерного распределения материи в них возникли сгущения - зародыши планет, а также их спутников. Окончательное формирование планет происходило при остывании газовых сгустков. Гипотеза Канта-Лапласа получила широкое признание и считалась непреложной в течение более чем ста лет.

В начале ХХ века были выявлены некоторые особенности строения Солнечной системы, которые не укладываются в рамки гипотезы Канта-Лапласа (Уран вращается на боку, некоторые спутники Юпитера, Сатурна и Урана, сам Уран и Венера вращаются в другую сторону). Против гипотезы были и некоторые законы механики.

В 30-х годах нашего столетия популярность получила гипотеза английского ученого Д.Джинса о том, что планетные сгустки материи были вырваны из Солнца притяжением проходящей близко гигантской звезды. Он, по сути дела, вернулся к "приливной" гипотезе Ж.Бюффона о сгустке, вырванном из Солнца кометой. Но, во-первых, вероятность такого события в нашей области Галактики практически равна нулю, а во-вторых, как объяснить с этой точки зрения множественность планетных систем? Похожие идеи выдвинули также американские ученые Ф.Мультон и Т.Чемберлен.

В 40-х годах ХХ века внимание привлекла гипотеза образования планет из твердого метеорного вещества, разработанная советским академиком О.Ю.Шмидтом. По этой гипотезе Земля образовалась из разрежённого пылевого облака в результате неупругого соударения (аккреции) твердых частиц под действием взаимного притяжения. Предполагалось, что Земля была вначале холодной и разогрелась вторичным путем вследствие радиоактивного распада тяжелых элементов.

Гипотеза хорошо объясняет образование плотных малых и легких больших планет, а также распределение массы и момента количества движения (у Солнца соответственно 90% и 2%; у планет - 1/700 и 98%) в результате дифференциации роя с помощью Солнца. Пылевая материя была захвачена Солнцем из Галактики. Крупный недостаток гипотезы О.Ю.Шмидта - отрыв вопроса происхождения планет от проблемы происхождения Солнца и звезд, хотя в этих вопросах много общего. Мала вероятность встречи метеоритного облака по сравнению с газовым.

В настоящее время образование Солнечной системы представляется следующим образом:

1. Образование Солнца и уплощенной вращающейся околосолнечной туманности из межзвёздного газопылевого облака, вероятно, под влиянием близкого взрыва "сверхновой" звезды.

2. Эволюция солнца и околосолнечной туманности с передачей электромагнитным или турбулентно-конвективным способом момента количества движения от Солнца планетам.

3. Конденсация "пыльной плазмы" в кольца вокруг Солнца, а материала колец - в планетезимали (путем аккреции).

4. Дальнейшая конденсация планетезималей в планеты.

5. Повторение подобного процесса вокруг планет с образованием их спутников.

Вся эта эволюция происходила очень быстро (всего около 100 млн. лет) и случилась приблизительно 4,7 млрд. лет тому назад.