Земля

Земля

Земля

  ЗЕМЛЯ, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Земля принадлежит к группе земных планет, которая включает также Меркурий, Венеру и Марс. Земля часто сравнивается именно с этой группой, а также с Луной, поскольку их происхождение, структура и эволюция одинаковы. Благодаря своим уникальным, быть может, единственным во Вселенной природным условиям (хотя это сомнительно), стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь.

По современным космогоническим представлениям Земля образовалась примерно 4,566 миллиарда лет (плюс-минус несколько миллионов) назад из газопылевого облака в котором зародилось Солнце. Проанализировав соотношение изотопов гафния и вольфрама в обломках метеоритов, образовавшихся из космической пыли, из марсианских метеоритов и земных камней, ученые пришли к новым оценкам (по старому примерно 60 млн.лет), согласующимся с компьютерными моделями. "Образование ядра, а следовательно, и планет, похожих на Землю, закончилось в первые 30 миллионов лет после рождения Солнечной системы", - заключил 30.08.2002г  Торстен Клайн из Мюнхена (Германия).

  Примерно 3,8 млрд. лет назад возникли условия, благоприятные для возникновения жизни. По мнению американских исследователей, самое раннее из известных науке падений крупных метеоритов на Землю произошло 3 миллиарда 470 миллионов лет назад (с погрешностью не более плюс-минус 2-х миллионов лет по возрасту циркона - одного из самых стойких в природе минералов). Согласно подсчётам космический пришелец имел диаметр около 20-ти километров и вызвал на молодой планете катастрофические разрушения, включая, судя по всему, даже те трещины в земной коре, которые поныне делят её на тектонические плиты. Считается, что Земля в тот период была почти полностью покрыта водой, а единственной формой жизни на ней были бактерии. На их дальнейшую эволюцию эта космическая катастрофа повлияла мало. 

   Для более позже развитой жизни частичное исчезновение (около 380 (погибло 40% всех обитателей океана),  251,  214 - Канаде: удар пришелся на территорию современного Квебека, где до сих пор сохранился кратер диаметром в 100 километров и 65 миллионов лет назад- точнее последние исследования дают возраст  кратера Чиксулуб (Chicxulub)  в Мексике  диаметром 180 км в  65,5 плюс-минус 0,6 млн. лет) объясняется тем, что на Землю упал метеорит (их диаметры были порядка 6-12 км) и последствия имели глобальный характер для Земли. В результате второго катаклизма 90 % обитателей моря и 70 % животных были буквально стерты с лица нашей планеты, а последний уничтожил 75% всего живого и  положил конец эпохе динозавров (правда может был двойной удар по Земле, так как возраст метеоритного кратера Болтыш на Украине, чей диаметр 24 км датирован приблизительно в 65,2 плюс-минус 0,6 млн. лет). 

  Правда есть мысль, что возможно появление жизни на Земле после космической катастрофы (падения астероида, кометы), происшедшей 200 миллионов лет назад в жизни Земли. Многие ученые полагают, что Земле за всю ее историю пришлось пережить несколько столкновений с астероидами и  после каждого катаклизма на нашей планете начинала развиваться жизнь, а затем опять происходила почти полная "стерилизация" нашей планеты. Особенно в ранний период ее развития, приходилось сталкиваться с весьма крупными небесными телами. Однако другие "каменные гости" - примерно в несколько километров в диаметре - способствовали нагреву земной атмосферы до 100 градусов Цельсия. При этом большая часть океанов после столкновения с астероидом испарялась, а оставшаяся вода была почти кипятком. Единственными организмами, имевшими шансы выжить после катастрофы, были бы так называемые высокотемпературные - то есть, "термостойкие" бактерии. Они, вероятно, зарывались в землю, а после того, как планета немного остывала, начинали активно размножаться. Впоследствии такие микробы мутировали и давали начало новым формам жизни. 

  Группа ученых под руководством Ганса Кепплер из германского университета города Тюбинген считает, что  выброс углерода в атмосферу в форме диоксида углерода приводит к проявлению в гигантских масштабах тепличного эффекта, который является причиной неконтролируемого потепления на планете. Если углеродистые соединения поднимутся в земной мантии на глубину 40-60 км, произойдет процесс разложения, что приведет к выходу диоксида углерода, который через трещины в земной поверхности проникнет в атмосферу. Подобные явления, сопровождавшиеся резким изменением концентрации двуокиси углерода в атмосфере, уже имели место в различные эпохи развития планеты. Так, в конце пермского периода, 245 млн лет назад, 96% обитателей океанов и три четверти живых существ на суше погибли. В более поздний период, приблизительно 208 млн лет назад, в конце триасового периода, снова неожиданно погибла половина живых существ на планете.

   Ряд ученых считают, что вспышка близкой к Земле сверхновой могла привести к уничтожению жизни. Исследование слоев с  возрастом в 3 млн. лет, а второго - в 4-6 млн. лет, к которым относятся два до сих пор необъясненных случая массового исчезновения морских форм жизни, которые, как известно, появились на земле раньше сухопутных, показало, что природное железа-60 (радиоактивного изотопа железа)  образовалось под влиянием космических лучей необычно высокой интенсивности, что наводит на мысль о вспышке сверхновых в одной из относительно молодых и близких к Солнцу звездных подгрупп.  В результате мог быть значительно поврежден озоновый слой, из-за чего нашей планеты оказалась незащищенной от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Например, по расчетам специалистов, вспышка сверхновой на расстоянии 130 световых лет от Земли могла привести к уменьшению толщины озонового слоя на 60% (Но последние оценки Нила Герельса из Goddard Space Flight Center показывают, что в этом случае сверхновая должна была взорваться на расстоянии не более 25 св.лет). В результате под действием УФ-лучей погибла большая часть морского планктона, вслед за которым из-за нарушения пищевой цепи исчезли и другие морские организмы. 

   Нельзя исключать возможности возникновения жизни на Земле привнесенной из космоса с помощью метеоритов (в них обнаружены не только органические вещества, но и сахар), как впрочем и воды на Земле по мнению Луиса Фрэнка (Louis Frank) из Университета штата Айова, который утверждает, что им найдено новое доказательство в поддержку его теории появления на Земле воды занесенной небольшими кометами, в изобилии миллиарды лет назад падавшими на Землю. 

     В истории Земли было несколько периодов глобального потепления, самый древний из которых имел место 135 миллионов лет назад. Осадочные породы свидетельства бывших в истории Земли  ранее неизвестных периодов глобального потепления. Одно из потеплений, скорее всего вызванных выбросами метана, произошло примерно 55 миллионов лет назад. Оно продолжалось около 200 тысяч лет и привело к гибели от 30% до 50% всех форм глубинно-океанической жизни, но при этом стимулировало появление новых видов, обитающих у поверхности.

     20 - 22,5 миллиона лет Земля изменила свою орбиту и это вызвало глобальное изменение климата на нашей планете. После достаточно продолжительного периода потепления и таяния снегов, пришло временное похолодание. Такого мнения придерживаются специалисты Калифорнийского университета во главе с Джеймсом Зачосом (James Zachos). Гипотеза о связи между климатом Земли и изменением параметров ее орбиты не нова [выдвинута в 20-х годах прошлого века астрофизиком Милатином Миланковичем (Milutin Milankovitch)]. Но американским специалистам удалось получить ряд неожиданных результатов. Так оказалось, что около 23 миллионов лет назад произошло совпадение минимального значения эксцентриситета земной орбиты и периода минимального изменения наклонения оси вращения Земли. Продолжительность периода составила около 200 тысяч лет. Именно в эти годы земное лето мало чем отличалось от земной зимы, а разница в летних и зимних температурах на полюсах составляла всего несколько градусов. Антарктические льды за лето не успевали таять и произошло заметное увеличение их площади.

    Астрономы из Университета Джонса-Хопкинса собрав воедино сведения из астрономии, геологии и палеонтологии, высказали гипотезу, что  около 2 млн лет назад озоновый слой Земли, который задерживает ультрафиолетовое излучение Солнца, буквально сдуло, унеся в космос. Это  привело к  экологической катастрофе в земных океанах. Свидетельства былой ликвидации озона были найдены при бурении океанского дна. Тогда был найден очень необычный изотоп железа, который, возможно, является остатком того вещества, которое было заброшено на Землю в результате взрыва сверхновой. Ну а палеонтологи обнаружили, что приблизительно 2 миллиона лет назад произошло массовое и никак на первый взгляд не объяснимое вымирание фитопланктона и других морских организмов. Взрыв сверхновой мог произойти в результате:
          1) Близко от солнечной системы (на расстоянии 130 световых лет) около 2 млн.лет назад пролетело звездное скопление Scorpius-Centaurus OB, содержащее тысячи крупных короткоживущих звезд. В этом звездном скоплении взрывы сверхновых происходили довольно часто.
          2) Второй кандидат в убийцы земного озона - это звезда Антарес, которая находится на расстоянии 160 световых лет, но она была существенно дальше кластера Scorpius-Centaurus OB.
    .Homo sapiens («Человек разумный») как вид появился примерно около 2 млн.лет назад, а формирование современного типа человека произошло около 100 тыс. лет назад.

Земля - единственная из главных планет, которая является геологически активной. Крупномасштабные детали ее поверхности возникли в процессе создания, относительного движения, взаимодействия и разрушения небольшого числа (порядка десяти) корковых плит, составляющих литосферу планеты, которые скользят по лежащей ниже менее жесткой астеносфере. Столкновения плит приводят к появлению гор, а по границам плит лежат зоны сейсмической активности.
У Земли имеется единственный спутник --Луна. Ее орбита близка к окружности с радиусом около 384400 км. Но кроме того имеется еще один "компаньон" - это астероид 3753 (1986 ТО) со сложной орбитальной связью с Землей.

Форма, размеры и движение Земли

   По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов и растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 км.

   Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите на среднем расстояние от Солнца 149,6 млн.км. Период одного обращения по орбите 365, 24 солнечных суток.

Неравномерность движения Солнца по эклиптике:

Апогей 1-5 января, перемещение среди звезд 61'/сутки.

Перигей начало июля, перемещение 57'/сутки.

Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10-5рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33' 39'' (около 23°26' наклон между экваториальной плоскостью и эклиптикой принят с 1 января 1983г, когда наклон уменьшился до 23° 26' 29". Влияние прецессии и нутации приводит к его изменению в пределах от 21°55' до 24°18'). Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обуславливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение --смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно --на 0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток.

   Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток с амплитудой 0,36''. Кроме того, имеются и небольшие сезонные их перемещения.

Поверхность Земли

   Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км2, из которых примерно 70,8% приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) равна 11,022 км; объем воды 1370 млн. км3, средняя соленость 35 г/л. Суша составляет соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота (вершина Джомолунгма в Гималаях) 8848 м.

     Самая низкая точка планеты становится еще ниже. За период с 1930 по 1999 годы Мертвое моря опустилось с отметки 390 метров до 414 метров ниже уровня океана. Данные, полученные с помощью радара на спутниках, наблюдавших за регионом с 1992-го по 1999 год показали, что в среднем суша уходит вниз примерно на 2 сантиметра в год, хотя в некоторых районах эта цифра составляет 6 сантиметров. Формулируя кратко существо происходящих изменений, геологи и океанографы говорят, что вода уходит из Мертвого моря, из-за чего пористые скальные породы высыхают и проседают под весом верхних слоев. 

   Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья --около 20%, леса --около 30%, ледники --свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями. Значительная часть северных территорий представляет собой вечную мерзлоту. За минувшие 20 лет с начала подробных космических исследований с 1981г Северное полушарие нашей планеты  стало гораздо зеленее.  Одной из возможных причин такого феномена специалисты называют глобальное потепление климата. Если бы лед и снег на Земле растаяли, то уровень Мирового океана поднялся более чем на 50м, что привело бы к затоплению гигантских территорий.

   Результаты нового анализа данных, полученных спутниками НАСА к концу 2002г, свидетельствуют о том, что площадь вечных льдов в Арктике уменьшается со скоростью, намного превосходящей ее ранние оценки. В период с 1978 по 2000 гг. площадь ледяного покрова в Северном Ледовитом океане уменьшилась на 1,2 млн. км2, что примерно равно площади Британии. Скорость его таяния составляет около 9% в десятилетие. Измерения, проводившиеся в предыдущие годы, давали скорость таяния, составлявшую примерно 3% в десятилетие. В 2002 году ледяная шапка была наименьшей за всю историю наблюдений. Сокращение поверхности ледяного покрова Северного Ледовитого океана отмечается на фоне тенденции к повышению средней летней температуры воздуха в приполярных регионах в среднем на 1,2 градуса за десятилетний период. Наибольшая скорость таяния отмечалась в Чукотском море и море Бофорта, в северных районах Канады и на Аляске.

  Последние исследования с помощью космических спутников показали, что по экваториальной линии происходит увеличение диаметра Земли с 1998 года , то есть планета становится чуть более приплюснутой (расширяться в зоне экватора). Ученые столь озадачены этим феноменом, что пока не могут дать ясный ответ, что происходит с нашей планетой  и чем это чревато. 

   К июлю 2002г специалисты NASA создали  уникальную карту. Эта самая точная и подробная современная карта мира. В трехмерной графике здесь отмечены города, реки, горы, пустыни и моря. Одним нажатием кнопки можно совершить восхождение на Эверест или побывать в пустыне Сахара. Причем показывается не сразу конечная точка, а весь маршрут движения. Над созданием этой карты NASA работала почти два года, обработав на компьютере данные, полученные топографическим шаттлом - более триллиона различных отметок земной поверхности.

Внутреннее строение Земли

Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях --при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой --кора --имеет среднюю толщину порядка 35 км. Основные типы земной коры --континентальный (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше.

Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже --примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см3 --у поверхности Земли, 2,67 г/см3 --у гранита, 2,85 г/см3 --у базальта.

На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо»), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см3.

    Последние исследования проведенные в Гарварде на основании сведения о более 300 тысяч землетрясений, произошедших в 1964-1994 годах, показали, что существует внутренняя часть внутреннего ядра - диаметром около 600 километров  с температурой в центре Земли до 7500К. 

 В коре и (частично) в мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете. По планетарным понятиям поверхность Земли очень молода. Базальтовые породы, формирующие дно океанов, - одни из самых молодых. Докембрийские щиты, которые

занимают около 10% поверхности, самые старые и наиболее близкие к покрытой кратерами поверхности других планет. Погодные процессы сгладили на поверхности Земли все следы имевшихся на ней когда-то кратеров, за исключением лишь нескольких.
Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) --между мантией и внешним ядром --располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni).

Химический состав в процентах к массе Земли

В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная дифференциация (перемещение более плотных веществ в центральные, а менее плотных в периферические области планеты) приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -90 °С (в центральных районах Антарктиды).

Давление монотонно возрастает с глубиной от 0 до 3,61 ГП. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции.

Плотность в центре Земли около 12,5 г/см3.

Атмосфера Земли

АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ (от греч. atmos -- пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса ок. 5,15·1015 т. По плотности атмосферы она занимает промежуточное место между Венерой и Марсом. Она уникальна в том отношении, что обладает обширными запасами жидкой воды. Сложное взаимодействие между океаном, атмосферой и планетарной поверхностью определяет ее энергетический баланс и температурный режим. Облачный покров обычно закрывает около 50% поверхности, и теплота, остающаяся внутри атмосферы (парниковый эффект), поднимает среднюю температуру более чем на 30 градусов.
Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 км содержится водный пар (у земной поверхности -- от 3% в тропиках до 2·10-5% в Антарктиде), количество которого с высотой быстро убывает. Углекислота - наиболее важная следовая компонента атмосферного воздуха. Высокая концентрация кислорода (возникшая примерно 2000 млн. лет назад) является прямым результатом существования растений. Присутствие кислорода позволило сформироваться в верхних слоях атмосферы озонному слою (на высоте 20-25 км), который экранирует поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения, вредного для жизни.
Выше 100 км растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Атмосфера Земли обладает электрическим полем.

Все типы свечения, возникающие в верхней атмосфере Земли (ночное свечение атмосферы), исключая тепловое излучение, полярные сияния, молнии и яркие следы метеоров. Спектр ночного свечения лежит в диапазоне от 100 нм до 22,5 мкм. Основная часть свечения возникает в слое толщиной от 30 до 40 км на типичных высотах в 100 км и представляет собой излучение на длине волны кислорода 558 нм. Из космического пространства свечение неба выглядит как зеленоватое светлое кольцо вокруг Земли.

Страницы: 1, 2