Земля

Земля – третья от Солнца планета. Крупнейшая планета земной группы по плотности, диаметру, массе. Из всех известных планет только на Земле имеется кислородсодержащая атмосфера, большое количество воды, пребывающей в жидком агрегатном состоянии. Единственная известная человеку планета, на которой есть жизнь.

Краткая характеристика

Земля является колыбелью человечества, об этой планете известно многое, но все равно, все её тайны на современном уровне научного развития мы не можем разгадать. Наша планета является достаточно маленькой в масштабах Вселенной, масса 5,9726*10²⁴ кг, имеет форму не идеального шара, её средний радиус составляет 6371 км, экваториальный радиус — 6378,1 км, полярный радиус – 6356,8 км. Длина окружности большого круга на экваторе составляет 40 075,017 км, а на меридиане 40 007,86 км. Объем Земли — 10,8 * 10¹¹ км³.

Центром вращения Земли является Солнце. Движение нашей планеты происходит в пределах эклиптики. Вращается по орбите, которая образовалась в начале формирования солнечной системы. Форма орбиты представляется в виде неидеального круга, расстояние от солнца в январе на 2,5 млн. км ближе, чем в июне, считается средним расстоянием от Солнца 149,5 млн. км (астрономическая единица).

Земля вращается с запада на восток, но ось вращения и экватор наклонены по отношению к эклиптики. Ось Земли не вертикальна, наклонена под углом 66⁰ 31’ по отношению к плоскости эклиптике. Экватор наклонен на 23⁰ по отношению к оси вращения Земли. Ось вращения Земли не постоянно изменяется из-за прецессии, на это изменение влияет сила притяжение Солнца и Луны, ось описывает конус вокруг своего нейтрального положения, период прецессии составляет 26 тыс. лет. Но помимо этого ось испытывает еще колебания, называемые нутацией, так как нельзя говорить, что только Земля вращается вокруг солнца, потому что происходит вращение системы Земля – Луна, они связаны друг с другом в виде гантели, центр тяжести которой, называемый барицентром, расположен внутри Земли на расстоянии от поверхности около 1700 км. Поэтому из-за нутации, колебания, наложенные на кривую прецессии, составляют 18,6 тыс. лет, т.е. угол наклона земной оси относительно постоянен в течение длительного времени, однако претерпевает незначительные изменения с периодичностью 18,6 тыс. лет. Время вращения Земли и всей солнечной систему вокруг центра нашей галактики – Млечного пути, составляет 230-240 млн. лет (галактический год).

Средняя плотность планеты 5,5 г/см³, на поверхности средняя плотность около 2,2-2,5 г/см³, плотность внутри Земли велика, её рост происходит скачкообразно, расчет производится по периоду свободных колебаний, моменту инерции, моменту импульса.

Большую часть поверхности (70,8%) занимает Мировой океан, все остальное континенты и острова.

Ускорение свободного падения, на уровне океана на широте 45⁰: 9, 81 м/с².

Земля является планетой земной группы. Планеты земной группы характеризуются высокой плотностью и состоят преимущественно из силикатов и металлического железа.

Луна единственный естественный спутник Земли, но на орбите так же присутствует огромное количество искуственных спутников.

Образование планеты

Земля сформировалась путем аккреции планетезимали, около 4,6 млрд. лет назад. Планетезимали — частицы, которые слипались в газопылевом облаке. Процесс слипания частиц – аккреция. Процесс стягивания этих частицы происходило очень быстро, для жизни нашей Вселенной, несколько миллионов лет считается мгновением. Спустя 17-20 млн. лет от начала образования, Земля набрала массу современного Марса. Спустя 100 млн. лет Земля набрала 97% своей современной массы.

Первоначально Земля была расплавлена и раскалена из-за сильного вулканизма и частых столкновений с другими небесными телами. Постепенно внешний слой планеты охлаждался и превратился в Земную кору, какую мы сейчас можем наблюдать.

Считается, что Луна образовалась в связи с ударом о поверхность Земли небесного тела, масса которого была около 10% земной массы, в результате этого часть вещества была выброшена на околоземную орбиту. Вскоре из этого материала образовалась Луна, на расстоянии 60 тыс. км. В результате удара Земля получила большой импульс, что привело к периоду обращения вокруг своей оси за 5 часов, а так же появился заметный наклон оси вращения.

Дегазация и вулканическая активность создала первую атмосферу на Земле. Предполагается, что вода, т.е. лёд и водяной пар был занесен с помощью комет, сталкивающихся с Землей.

На протяжении сотен миллионов лет поверхность планеты постоянно изменялась, континенты формировались и распадались. Они двигались по поверхности, объединяясь и формируя континент. Этот процесс происходил циклично. Примерно 750 млн. лет назад, суперконтинент Родиния, ранний из известных, начал распадаться. Позднее, с 600 до 540 миллионов лет назад, континенты сформировали Паннотию и, наконец, Пангею, которая распалась 180 млн. лет назад.

Мы не имеем точного представления о возрасте и образовании Земли, все эти данные являются косвенными.

Первая фотография, сделанная Эксплорер-6.

Наблюдение

Первая фотография из космоса была получена 1959 году аппаратом Эксплорер-6.
Первый человек, увидевший Землю из космоса, стал Ю. Гагарин.
В 1968 году экипаж Аполона-8 наблюдал Землю с лунной орбиты
1972 год экипаж Аполона-17 сделал снимок Земли.
Вид Земли с Аполлона
По настоящее время производится наблюдение за нашей планетой с помощью спутников и других аппаратов.

Форма и внутреннее строение Земли

Планета Земля имеет 3 разные оси: по экватору, полярный и экваториальные радиусы, структурно является кардиоидальным эллипсоид, было вычислено, что полярные области чуть-чуть приподняты по отношению к другим областям и напоминают форму сердца, северное полушарие приподнято на 30 метров относительно южного полушария. Наблюдается полярная ассиметрия структуры, но тем не менее мы считаем, что Земля имеет форму сфероида. Благодаря изучению со спутников было выявлено, что Земля имеет на своей поверхности впадины и была представлена картина Земли в виде груши, то есть она является трехосным эллипсоидом вращения. Отличие геоида от трехосного эллипсоида не более 100 м, это вызвано неравномерным распределением масс как на поверхности Земли (океаны и континенты), так и внутри неё. В каждой точки поверхности геоида сила тяжести направлена к ней перпендикулярно, является эквипотенциальной поверхностью.

Основным методом изучения строения Земли является сейсмологический метод. Метод основан на изучении изменения скоростей сейсмических волн от плотности вещества внутри Земли.

Земля имеет слоистую внутреннее строение. Она состоит из твердых селикатных оболочек (коры и вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая, а внутренняя – твердая. Строение планеты схоже с персиком:

тонкая корочка – земная кора, средняя мощность 45 км (от 5 до 70 км), наибольшая толщина под крупными горами;
слой верхней мантии (600 км), содержит слой, отличающийся по физическим характеристикам (уменьшение скорости сейсмических волн), в котором вещество либо нагрето, либо чуть-чуть расплавлено — слой называемый астеносфера (50-60 км под океанами и 100-120 км под материками).

Часть Земли, которая находится вместе с земной корой и верхней частью мантии, до слоя астеносферы, называется Литосфера.

Граница между верхней и нижней мантией (глубина 660 км) граница с каждым годом становится все более четкой и резкой, толщина 2 км, на ней меняется скорость волн и состав вещества.
Нижняя мантия доходит до глубины 2700 — 2900 км, благодаря ученым России установлено, что возможно существование еще одной границы в нижней мантии, т.е. существование средней мантии.
Внешнее ядро – жидкое вещество (глубина 4100 км), которое не пропускает поперечные волны, не обязательно, что эта часть имеет вид некой жидкости, просто это вещество обладает характеристиками жидкого объекта.
Внутреннее ядро – твердое вещество, железо с примесями никеля (Fe: 85,5%; Ni: 5,20%), глубина 5150 – 6371 км.

Все данные получены косвенно, так как бурение скважин на такую глубину не производилось, но они теоретически доказаны.

Сила тяжести в любой точки земли зависит от ньютоновского тяготения, но важно размещение плотностных неоднородностей, которое и объясняет непостоянство силы тяжести. Присутствует эффект изостазии (уравновешивания), чем выше гора тем больше корень горы. Ярким примером эффекта изостазии является айсберг. Парадокс на Северном Кавказе, нет уравновешивание, почему это происходит до сих пор не известно.

Атмосфера Земли

Атмосфера – газовая оболочка окружающая Землю. Условно она граничит с межпланетным пространством на расстоянии 1300 км. Официально считается, что граница атмосферы определяется на высоте 118 км, то есть выше этого расстояния аэронавтика становится полностью невозможной.

Масса воздуха (5,1 — 5,3)*10¹⁸ кг. Плотность воздуха у поверхности моря составляет 1,2 кг/м³.

Возникновение атмосферы обуславливается двумя факторами:

Испарение вещества космических тел при падении их на Землю.
Дегазация земной мантии – выделение газа при вулканических извержениях.

С возникновением океанов и появлением биосферы атмосфера начала меняться за счёт газообмена с водой, растениями, животными и продуктами их разложения в почвах и болотах.

Строение атмосферы:

Планетарный пограничный слой – самый нижний слой газовой оболочки планеты, свойства и характеристики которого в значительной части определяются взаимодействием с типом поверхности планеты (жидкая, твердая). Толщина слоя 1-2 км.
Тропосфера – нижний слой атмосферы, наиболее изученный, в разных широтах имеет разные значения толщины: в полярных областях 8-10 км, умеренные широты 10-12 км, на экваторе 16-18 км.
Тропопауза – переходный слой между тропосферой и стратосферой.
Стратосфера – слой атмосферы, находящийся на высоте от 11 км до 50 км. Незначительное изменение температуры в начальном слое с последующим повышением в слое 25 – 45 км от -56 до 0 ⁰С.
Стратопауза – пограничный слой между стратосферой и мезосферой. В слое стратопаузы температура держится на уровне 0 ⁰С.
Мезосфера – слой начинается на высоте 50 км с толщиной около 30-40 км. Температура понижается на 0,25-0,3 ⁰С с увеличением высоты на 100 м.
Мезопауза – переходный слой между мезосферой и термосферой. Температура в этом слое колеблется на уровне — 90 ⁰С.
Термосфера – верхняя точка атмосферы высота около 800 км. Рост температуры происходит до высот 200 – 300 км, где достигается значения порядка 1500 К, затем с повышением высоты колеблется в этом пределе. Область ионосферы, место где происходит ионизация воздуха («полярное сияние») лежит внутри термосферы. Толщина слоя зависит от уровня активности Солнца.

Существует предельная линия, которая отделяет атмосферу Земли и космическое пространство, имеет название – Линия Кармана. Высота 100 км над уровнем моря.

Гидросфера

Общий объем воды на планете – около 1390 млн. км³, не удивительно, что 72% общей площади Земли занято океанами. Океаны очень важная часть геологической деятельности. Масса же гидросферы примерно 1,46*10²¹кг – это почти в 300 раз больше массы атмосферы, но совсем малая доля от массы всей планеты.

Гидросфера делится на Мировой океан, подземные воды и поверхностные воды.

Самая глубокая точка в Мировом океане (Марианская впадина) – 10 994 метра, средняя глубина океана составляет 3800 м.

Поверхностные континентальные воды занимают лишь малую долю в общей массе гидросферы, но тем не менее играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Вода, находящаяся в твердом состоянии, называют криосферой.

Водная составляющая поверхности планеты определяет климат.

Магнитное поле Земли

Земля представляется в виде магнита, апроксимируется диполем (северный и южный полис). На северном полюсе силовые линии входят в внутрь, а на южном выходят. На самом деле на северном полюсе (географическом) должен быть южный полюс, а на южном (географическом) должен быть северный, но было условленно наоборот. Ось вращения Земли и географическая ось не совпадают, разница по центру расхождения около 420-430 км.

Магнитные полюса Земли не находятся на одном месте, происходит постоянное смещение. На экваторе магнитное поле Земли имеет индукцию 3,05·10^-5 Tл и магнитный момент 7,91·10¹⁵ Tл·м³. Напряженность магнитного поля не большое, например, у магнита на двери шкафа в 30 раз больше.

По остаточной намагниченности было определенно, что магнитное поле меняло свой знак очень много раз, несколько тысяч.

Магнитное поле образует магнитосферу, которая задерживает вредное излучение Солнца.

Происхождение магнитного поля для нас остается загадкой, существует только гипотезы, они заключается в том, что наша Земля – это магнитное гидродинамо. Например, на Меркурии нет магнитного поля.

Время, когда появилось магнитное поле тоже остается проблемой, известно, что оно было 3,5 млрд. лет назад. Но совсем недавно появились данные, что в минералах циркона, найденных в Австралии, возраст которых 4,3 млрд. лет осталась остаточная намагниченность, что остается загадкой.

Интересные факты

Самое глубокое место на Земле было открыто в 1875 году – Марианская впадина. Самая глубокая точка 10 994.

Самая высокая точка – Эверест, Джомолунгма – 8848 метров.

На Кольском полуострове, в 10 км к западу от города Заполярный, пробурена самая глубокая скважина в мире. Её глубина составляет 12 262 метра.

Есть ли на нашей планете точка где, мы будем весить меньше, чем комар? Да, есть, центр нашей планеты, сила гравитационного притяжения там равна 0, тем самым, вес человека в центре нашей планеты меньше, чем вес любого насекомого на поверхности Земли.

Одно из самых красивых явлений, наблюдаемое не вооруженным взглядом — полярное сияние – свечение верхних слоев атмосферы планеты, обладающих магнитосферой, вследствие их взаимодействия с заряженными частицами солнечного ветра.

Антарктида хранит в себе 2/3 запасов пресной воды.

Если все ледники растают, уровень воды поднимется примерно на 900 метров.

Каждый день на нас падает сотни тысяч тонн космической пыли, но почти все сгорает в атмосфере.