Весьма загадочными и практически недоступными являются недра Земли. К сожалению еще не существует такого аппарата, с помощью которого можно проникнуть и изучить внутреннее строение Земли. Исследователями установлено, что на данный момент самая глубокая шахта в мире имеет глубину в 4 км, а самая глубокая скважина находится на Кольском полуострове и составляет 12 км.

Однако определенные знания о глубинах нашей планеты все-таки установлены. Ученые изучили ее внутреннее строение с помощью сейсмического метода. Основой данного метода, является измерение колебаний во время землетрясения или искусственных взрывов производимых в недрах Земли. Вещества с разной плотностью и составом, пропускали через себя колебания с определенной скоростью. Что позволило с помощью специальных приборов измерить эту скорость и проанализировать полученные результаты.

Мнение ученых

Исследователями было установлено, что наша планета имеет несколько оболочек: земную кору, мантию и ядро. Ученые считают, что примерно 4,6 млрд. лет назад началось расслоение недр Земли и продолжает расслаиваться, по сей день. По их мнению, все тяжелые вещества спускаются к центру Земли, присоединяясь к ядру планеты, а более легкие вещества поднимаются вверх и становятся земной корой. Когда внутреннее расслоение закончится, наша планета превратиться в холодную и мертвую.

Земная кора

Является самой тонкой оболочкой планеты. Ее доля составляет 1% от общей массы Земли. На поверхности земной коры обитают люди и добывают из нее все необходимое для выживания. В земной коре, во многих местах, имеются шахты и скважины. Ее состав и строение изучается с помощью образцов собранных с поверхности.

Мантия

Представляет собой самую обширную оболочку земли. Ее объем, и масса составляет 70 - 80% всей планеты. Мантия состоит из твердого вещества, но менее плотного, чем вещество ядра. Чем глубже располагается мантия, тем больше становиться ее температура и давление. Мантия имеет частично расплавленный слой. С помощью этого слоя твердые вещества перемещаются к ядру земли.

Ядро

Является центром земли. Оно имеет очень высокую температуру (3000 - 4000 о С) и давление. Состоит ядро из самых плотных и тяжелых веществ. Оно составляет приблизительно 30% от общей массы. Твердая часть ядра плавает в его жидком слое, создавая тем самым магнитное поле земли. Оно является защитником жизни на планете, оберегая ее от космических лучей.

Научно-популярный фильм о формировании нашего мира

Такой вопрос, как строение Земли, интересует очень многих ученых, исследователей и даже верующих. С бурным развитием науки и техники с начала 18 века многие достойные труженики науки потратили немало усилий для того, чтобы понять нашу планету. Смельчаки спускались на дно океана, летали в самые высокие слои атмосферы, бурили громадной глубины скважины для исследования грунтов.

Сегодня существует достаточно цельная картина того, из чего состоит Земля. Правда, устройство планеты и всех ее областей все еще не известно на 100%, но ученые постепенно расширяют грани познания и получают все больше объективной информации по этому поводу.

Форма и размеры планеты Земля

Форма и геометрические размеры Земли — основные понятия, которыми она описывается, как небесное тело. В средние века считалось, что планета имеет плоскую форму, находится в центре Вселенной, а вокруг нее вращается Солнце и другие планеты.

Но такие смелые естествоиспытатели, как Джордано Бруно, Николай Коперник, Исаак Ньютон опровергли подобные суждения и математически доказали, что Земля имеет форму шара с приплюснутыми полюсами и вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Структура планеты очень многообразная, при том, что ее размеры достаточно невелики по меркам даже солнечной системы – длина экваториального радиуса составляет 6378 километров, полярного радиуса – 6356 км.

Длина одного из меридианов равняется 40008 км, а экватор простирается на 40007 км. Из этого также видно, что планета несколько «приплющена» между полюсами, ее вес составляет 5.9742 × 10 24 кг.

Земные оболочки

Земля состоит из многих оболочек, образующих своеобразные слои. Каждый слой является центрально симметричным по отношению к базовой центральной точке. Если визуально выполнить разрез грунта по всей его глубине, то откроются слои с разным составом, агрегатным состоянием, плотностью и т. д.

Все оболочки делятся на две большие группы:

1. Внутреннее строение описывается, соответственно, внутренними оболочками. Ими является земная кора и мантия Земли.
2. Внешние оболочки, к которым относится гидросфера и атмосфера.

Строение каждой оболочки является предметом изучения отдельных наук. Ученые до сих пор, в век бурного технического прогресса, не все вопросы выяснили до конца.

Земная кора и ее типы

Земная кора – это одна из оболочек планеты, занимающая только около 0,473% от ее массы. Глубина коры 5 — 12 километров.

Интересно отметить, что глубже ученые практически не проникали, а если провести аналогию, то кора – это как кожица на яблоке по отношению ко всему его объему. Дальнейшее и более точное изучение требует совершенно другого уровня развития техники.

Если смотреть на планету в разрезе, то по мере разной глубины проникновения внутрь ее структуры можно по порядку выделить такие типы земной коры:

1. Океаническая кора — состоит преимущественно из базальтов, находится на дне океанов под огромными слоями воды.
2. Континентальная или материковая кора — покрывает сушу, состоит из очень богатого химического состава, включающего на 25% кремний, на 50% кислород, а также 18% других основных элементов таблицы Менделеева. В целях удобного изучения этой коры ее еще делят на нижнюю и верхнюю. Наиболее древние относятся к нижней части.

Температура коры увеличивается по мере углубления.

Мантия

Основной объем нашей планеты составляет мантия. Она занимает все пространство между рассмотренной выше корой и ядром и состоит из многих слоев. Наименьшая толщина до мантии составляет около 5 — 7 км.

Современный уровень развития науки и техники не позволяет непосредственно изучать данную часть Земли, поэтому для получения информации о ней используют косвенные методы.

Очень часто рождение новой земной коры сопровождается ее контактом с мантией, что особенно активно происходит в местах под океанскими водами.

Сегодня считается, что существует верхняя и нижняя мантии, которые разделяются границей Мохоровичича. Проценты этого распределения просчитаны достаточно точно, но требуют уточнения в будущем.

Внешнее ядро

Ядро планеты также не является однородным. Огромные температуры, давление заставляют протекать здесь многие химические процессы, производится распределение масс, веществ. Ядро делится на внутреннее и внешнее.

Внешнее ядро имеет толщину около 3000 километров. Химический состав этого слоя: железо и никель, находящиеся в жидкой фазе. Температура среды здесь колеблется от 4400 до 6100 градусов по Цельсию по мере приближения к центру.

Внутреннее ядро

Центральная часть Земли, радиус которой примерно 1200 километров. Самый нижний слой, который также состоит из железа и никеля, а также некоторых примесей легких элементов. Агрегатное состояние этого ядра схоже с аморфным. Давление здесь достигает невероятных 3,8 млн. бар.

А вы знаете, сколько километров до ядра земли? Расстояние приблизительно 6371 км, что легко высчитывается, если знать диаметр и другие параметры шара.

Сравнение мощности внутренних слоев Земли

Геологическое строение порой оценивается таким параметром, как мощность внутренних слоев. Считается, что наиболее мощной является мантия, так как у нее самая большая толщина.

Внешние сферы земного шара

Планета Земля отличается от любого другого известного ученым космического объекта тем, что обладает еще и внешними сферами, к которым принадлежат:

• гидросфера;
• атмосфера;
• биосфера.

Методы исследования этих сфер значительно отличаются, ведь все они очень разнятся по своему составу и объекту изучения.

Гидросфера

Под гидросферой понимается вся водная оболочка Земли, включая как огромные океаны, занимающие примерно 74% поверхности, так и моря, реки, озера и даже небольшие ручьи и водоемы.

Наибольшая толщина гидросферы составляет около 11 км и наблюдается в районе Марианской впадины. Именно вода считается источником жизни и тем, что отличается наш шар от всех остальных во Вселенной.

Гидросфера занимает примерно 1,4 млрд. км 3 объема. Здесь кипит жизнь, и обеспечиваются условия для функционирования атмосферы.

Атмосфера

Газовая оболочка нашей планеты, надежно закрывающая ее недра от космических объектов (метеоритов), космического холода и других явлений, несовместимых с жизнью.

Толщина атмосферы составляет по разным оценкам около 1000 км. Возле поверхности грунта плотность атмосферы составляет плотность 1,225 кг/м 3 .

На 78% газовая оболочка состоит из азота, на 21% из кислорода, остальное приходится на такие элементы, как аргон, углекислый газ, гелий, метан и прочие.

Биосфера

В независимости от того, как изучают рассматриваемый вопрос ученые, биосфера составляет важнейшую часть структуры Земли – это та оболочка, которая населена живыми существами, включая и самих людей.

Биосфера не просто населена живыми существами, но еще и постоянно изменяется под их воздействием, в особенности, под воздействием человека и его деятельности. Целостное учение об этой сфере разработал великий ученый В. И. Вернадский. Самое это определение ввел австрийский геолог Зюсс.

Заключение

Поверхность Земли, а также все оболочки ее внешней и внутренней структуры являются очень интересным предметом исследования для целых поколений ученых.

Хоть на первый взгляд кажется, что рассмотренные сферы довольно разрозненны, но на самом деле они связаны нерушимыми связями. К примеру, жизнь и вся биосфера просто невозможны без гидросферы и атмосферы, те же, в свою очередь, берут начало из недр.

Внутренне строение Земли – одна из самых интересных и малоизученных тем современных ученых. На сегодняшний день, у нас есть в десятки раз больше информации о космосе, чем о том, что происходит в самом сердце нашей планеты.Проникновение человека вовнутрь земной коры настолько мизерно, насколько жало комара может пробыть кожу человека. Все дело в том, что верхний слой всего Земного шара – это довольно плотная по своему составу земная кора. И чтобы пробурить в ней скважину, имея самое современное оборудование, нужно потратить несколько месяцев, а глубина ее будет составлять всего несколько километров.

А что такое несколько километров в сравнении с несколькими тысячами? Основную роль в изучении внутренних слоев Земли отдают сейсмологии. В идеале – это наука, которая изучает землетрясения. Но именно благодаря сейсмическим методам (природные землетрясения либо же искусственные взрывы) удалось выяснить, что вся внутренняя часть планеты условно делится на три части – земная кора, вязкая мантия и ядро.

Земная кора

Земная кора представляет собой твердую оболочку Земли и является верхней частью литосферы. Большая ее часть находиться под Мировым океаном и отсюда происходит деление коры на океаническую (занимает 21%) и континентальную (79%). Если взять общую массу планеты за 100%, то на кору приходится всего лишь 0,47 %. Для земной коры характерны постоянные горизонтальные и вертикальные движения, что приводит к образованию различных форм рельефа. Деление коры на материковую и океаническую обосновано ее отличаем в строении.

Материковая часть гораздо толще океанической, а ее граница не совпадает с береговой линией Мирового океана. С географической точки зрения считается, что прибрежные зоны, мелкие моря, заливы с глубиной до 200 метров являются продолжением континентальной части. Ведь, как показывают исследования, нахождения небольших водных объектов на той или иной территории – явление не постоянное. Океаническая часть коры начинается там, где глубина воды достигает 4 километров.

Материковую кору формируют три слоя:

• Осадочный – его толщина в некоторых местах достигает до 15 км. А свое название слой получил из-за того, что он состоит из осадков различного типа, которые в течении миллионов лет накапливались слой за слоем. Изучение этого слоя дает возможность ученым наблюдать за различными геологическими процессами, проследить этапы поднятия и опускания коры.
• Гранитный слой получил свое название в результате одинаковой скорости сейсмических волн в нем и в самом граните. Состоит он из пород кристаллического происхождения, которые образовались в результате поднятия магмы с глубин Земли.
• Базальтовый слой получил свое название так же благодаря скорости сейсмических волн в нем. Нижняя граница этого слоя может достигать 70 км в глубину и соответственно точный состав его никто не знает. По одним предположениям он состоит из базальтов, по другим – из метаморфических пород с высокой степенью метаморфизма.

Океаническая часть земной коры отличается по составу от материковой, хотя в своем строении она также имеет три слоя. Осадочный слой в океанической части в ширину достигает всего 1 км. Гранитный слой отсутствует, а на его месте находится малоизученная часть, которую чаще всего именуют как второй либо промежуточный слой. Ну и третий – это базальтовый слой, который по своему строению похож на материковый. Следует заметить, что толщина земной коры океанического типа всего 3-7 км, что гораздо меньше, чем материкового.

Мантия

Часть Земли, которая расположилась под земной корой, называется мантия. Это самая объемная часть, на ее массу приходиться 67%. Верхняя граница мантии находиться на глубине 30 км, а нижняя – 2900 км от поверхности. Промежуток между корой и мантией называют зоной Мохоровичича. В свой очередь сама мантия делится на несколько сфер: верхнюю (глубина до 900 км) и нижнюю мантии. Процессы, которые происходят в мантии, существенно влияют на поверхность Земли и на саму кору. Именно благодаря вязкому составу мантии, происходит движение литосферных плит, извержение вулканов, землетрясения и формирование различных рудных месторождений.

По одному из мнений ученых считается, что мантия состоит из элементов, которые во время образования планеты находились в твердом состоянии. Железо и магний объединились с диоксидом кремния и сформировали силикаты. Силикаты магния находятся в верхней части мантии, а с глубиной увеличивается количество силикатов железа. В нижней части мантии они разлагаются на оксиды. С увеличением глубины происходит значительное увеличение температуры и давления. Изучение мантии длительное время вызывает огромный интерес среди ученых всей планеты. Исследование пород, которые, по мнению ученых, входят в состав верхней и нижней мантии, привело их к выводу, что в нижней ее части находится значительно количество кремния. А для верхнего слоя характерны запасы воды, которые просачиваются туда через земную кору, а также способны подниматься обратно.

Ядро земного шара

В самом центре нашей планеты расположилось ядро, которое занимает 31,5% от всей массы Земли. Так же как и остальные внутренние составляющие планеты, ядро состоит из нескольких частей – внешнее и внутреннее ядро. По проведенным исследованиям было выяснено, что в составе ядра преобладает железно-никелевый сплав. Внешняя часть ядра имеет радиус около 2200 км, а по составу оно более жидкое. Внутренняя часть меньше по размеру, ее радиус 1300 км и она более плотная. Наша планета имеет магнитное поле, на создание которого непосредственное влияние оказывают внутренние структуры Земли.

Это говорит о том, что ядро должно быть электропроводником. Средняя плотность вещества, которое входит в состав ядра составляет 11 т/м3. Такая плотность может быть только у металла. Точный состав ядра не может выяснить ни один ученый, так как получить образцы из центра Земли просто нереально. А вся информация, которая есть в наличии, является лишь догадками и предположениями.

Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод, что внутреннее строение Земли очень сложное. С одной стороны все просто – кора, мантия, ядро. Но с другой – заглянуть вовнутрь мы не можем, чтобы быть 100% уверенными в том, что там происходит. Доказано, что планета образовалась из скопления различных кусков метеоритов, астероидов, комет, пыли и грязи. Все эти частички формировали Землю без определенного порядка. А говорит это о том, что первоначально во всех сферах были куски одного и того же состава. Для того, чтобы образовались географические оболочки, чтобы произошло выделение внутренних слоев Земного шара, должны были происходить гигантские процессы.

Анализирую динамику развития земной коры, мы в очередной раз убеждаемся, что эти процессы не угасают и сейчас. Миллиарды лет происходит движение литосферных плит, образование огромных впадин, излитие лавы, формирование гор. Потом это все разрушается и воздвигается заново. Все это возможно только при наличии огромной энергии и вещества, которые не перестают выделяться с недр Земли. Выяснить причины всех этих процессов и разгадать их взаимоотношение между собой – это главная задача ученых, на разгадку которой уйдет еще не одно десятилетие.

Земля относится к планетам земной группы, и, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в Солнечной системе , как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля среди этих четырёх планет имеет наибольшие плотность, поверхностную гравитацию и магнитное поле . Это единственная известная планета с активной тектоникой плит.

Недра Земли делятся на слои по химическим и физическим (реологическим) свойствам, но в отличие от других планет земной группы, Земля имеет ярко выраженное внешнее и внутреннее ядро. Наружный слой Земли представляет собой твёрдую оболочку, состоящую главным образом из силикатов. От мантии она отделена границей с резким увеличением скоростей продольных сейсмических волн — поверхностью Мохоровичича. Твёрдая кора и вязкая верхняя часть мантии составляют литосферу. Под литосферой находится астеносфера , слой относительно низкой вязкости, твёрдости и прочности в верхней мантии .

Значительные изменения кристаллической структуры мантии происходят на глубине 410-660 км ниже поверхности, охватывающей переходную зону, которая отделяет верхнюю и нижнюю мантию. Под мантией находится жидкий слой, состоящий из расплавленного железа с примесями никеля, серы и кремния — ядро Земли. Сейсмические измерения показывают, что оно состоит из 2 частей: твёрдого внутреннего ядра с радиусом ~1220 км и жидкого внешнего ядра, с радиусом ~ 2250 км.

Форма

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду. Расхождение геоида с аппроксимирующим его эллипсоидом достигает 100 метров.

Вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем полярный. Высочайшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8848 м над уровнем моря), а глубочайшей — Марианская впадина (10 994 м под уровнем моря). Из-за выпуклости экватора самыми удалёнными точками поверхности от центра Земли являются вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре и гора Уаскаран в Перу.

Химический состав

Масса Земли приблизительно равна 5,9736·1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю, ≈ 1,3-1,4·1050. Она состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %); на остальные элементы приходится 1,2 %. Из-за сегрегации по массе область ядра, предположительно, состоит из железа (88,8 %), небольшого количества никеля (5,8 %), серы (4,5 %) и около 1 % других элементов. Примечательно, что углерода , являющегося основой жизни, в земной коре всего 0,1 %.

Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более, чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породообразующие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов ; суммарное содержание хлора, серы и фтора в породах обычно составляет менее 1 %. Основными оксидами являются кремнезём (SiO 2), глинозём (Al 2 O 3), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), оксид калия (K 2 O) и оксид натрия (Na 2 O). Кремнезём служит главным образом кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с ним.

Внутреннее строение

Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая.

Внутреннее тепло

Внутренняя теплота планеты обеспечивается сочетанием остаточного тепла, оставшегося от аккреции вещества, которая происходила на начальном этапе формирования Земли (около 20 %) и радиоактивным распадом нестабильных изотопов: калия-40 , урана-238 , урана-235 и тория-232. У трёх из перечисленных изотопов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 6000 °С (10,830 °F) (больше, чем на поверхности Солнца), а давление может достигать 360 ГПа (3,6 млн атм). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов. Плюмы приводят к появлению горячих точек и траппов. Поскольку большая часть тепла, производимого Землёй, обеспечивается радиоактивным распадом, то в начале истории Земли, когда запасы короткоживущих изотопов ещё не были истощены, энерговыделение нашей планеты было гораздо больше, чем сейчас.

Больше всего энергии теряется Землёй посредством тектоники плит, подъёма вещества мантии на срединно-океанические хребты. Последним основным типом потерь тепла является теплопотеря сквозь литосферу, причём большее количество теплопотерь таким способом происходит в океане, так как земная кора там гораздо тоньше, чем под континентами.

Литосфера

Атмосфера

Атмосфера (от. др.-греч. ?τμ?ς — пар и σφα?ρα — шар) — газовая оболочка, окружающая планету Земля; состоит из азота и кислорода, со следовыми количествами водяного пара, диоксида углерода и других газов. С момента своего образования она значительно изменилась под влиянием биосферы . Появление оксигенного фотосинтеза 2,4-2,5 млрд лет назад способствовало развитию аэробных организмов, а также насыщению атмосферы кислородом и формированию озонового слоя, который оберегает всё живое от вредных ультрафиолетовых лучей.

Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, защищает планету от космических лучей, и частично — от метеоритных бомбардировок. Она также регулирует основные климатообразующие процессы: круговорот воды в природе, циркуляцию воздушных масс, переносы тепла. Молекулы атмосферных газов могут захватывать тепловую энергию, мешая ей уйти в открытый космос, тем самым повышая температуру планеты. Это явление известно как парниковый эффект. Основными парниковыми газами считаются водяной пар, двуокись углерода, метан и озон. Без этого эффекта теплоизоляции средняя поверхностная температура Земли составила бы от −18 до −23 °C (при том, что в действительности она равна 14,8 °С), и жизнь скорее всего не существовала бы.

В нижней части атмосферы содержится около 80 % общей её массы и 99 % всего водяного пара (1,3-1,5·1013 т), этот слой называется тропосферой . Его толщина неодинакова и зависит от типа климата и сезонных факторов: так, в полярных регионах она составляет около 8-10 км, в умеренном поясе до 10-12 км, а в тропических или экваториальных доходит до 16-18 км. В этом слое атмосферы температура опускается в среднем на 6 °С на каждый километр при движении в высоту. Выше располагается переходный слой — тропопауза, отделяющий тропосферу от стратосферы. Температура здесь находится в пределах 190-220 K.

Стратосфера — слой атмосферы, который расположен на высоте от 10-12 до 55 км (в зависимости от погодных условий и времени года). На него приходится не более 20 % всей массы атмосферы. Для этого слоя характерно понижение температуры до высоты ~25 км, с последующим повышением на границе с мезосферой почти до 0 °С. Эта граница называется стратопаузой и находится на высоте 47-52 км. В стратосфере отмечается наибольшая концентрация озона в атмосфере, который оберегает все живые организмы на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Интенсивное поглощение солнечного излучения озоновым слоем и вызывает быстрый рост температуры в этой части атмосферы.

Мезосфера расположена на высоте от 50 до 80 км над поверхностью Земли, между стратосферой и термосферой. Она отделена от этих слоёв мезопаузой (80-90 км). Это самое холодное место на Земле, температура здесь опускается до −100 °C. При такой температуре вода, содержащаяся в воздухе, быстро замерзает, иногда формируя серебристые облака. Их можно наблюдать сразу после захода Солнца, но наилучшая видимость создаётся, когда оно находится от 4 до 16° ниже горизонта. В мезосфере сгорает большая часть метеоритов, проникающих в земную атмосферу. С поверхности Земли они наблюдаются как падающие звёзды. На высоте 100 км над уровнем моря находится условная граница между земной атмосферой и космосом — линия Кармана .

В термосфере температура быстро поднимается до 1000 К, это связано с поглощением в ней коротковолнового солнечного излучения. Это самый протяжённый слой атмосферы (80-1000 км). На высоте около 800 км рост температуры прекращается, поскольку воздух здесь очень разрежён и слабо поглощает солнечную радиацию.

Ионосфера включает в себя два последних слоя. Здесь происходит ионизация молекул под действием солнечного ветра и возникают полярные сияния.

Экзосфера — внешняя и очень разреженная часть земной атмосферы. В этом слое частицы способны преодолевать вторую космическую скорость Земли и улетучиваться в космическое пространство. Это вызывает медленный, но устойчивый процесс, называемый диссипацией (рассеянием) атмосферы. В космос ускользают в основном частицы лёгких газов: водорода и гелия. Молекулы водорода, имеющие самую низкую молекулярную массу, могут легче достигать второй космической скорости и утекать в космическое пространство более быстрыми темпами, чем другие газы. Считается, что потеря восстановителей, например водорода, была необходимым условием для возможности устойчивого накопления кислорода в атмосфере. Следовательно, свойство водорода покидать атмосферу Земли, возможно, повлияло на развитие жизни на планете. В настоящее время большая часть водорода, попадающая в атмосферу, преобразуется в воду, не покидая Землю, а потеря водорода происходит в основном от разрушения метана в верхних слоях атмосферы.

Химический состав атмосферы

У поверхности Земли осушенный воздух содержит около 78,08 % азота (по объёму), 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона и около 0,03 % углекислого газа. Объемная концентрация компонентов зависит от влажности воздуха — содержания в нём водяного пара, которое колеблется от 0,1 до 1,5 % в зависимости от климата, времени года, местности. Например, при 20 °С и относительной влажности 60 % (средняя влажность комнатного воздуха летом) концентрация кислорода в воздухе составляет 20,64 %. На долю остальных компонентов приходится не более 0,1 %: это водород, метан, оксид углерода, оксиды серы и оксиды азота и другие инертные газы, кроме аргона.

Также в воздухе всегда присутствуют твёрдые частицы (пыль — это частицы органических материалов, пепел, сажа, пыльца растений и др., при низких температурах — кристаллы льда) и капли воды (облака, туман) — аэрозоли. Концентрация твёрдых частиц пыли уменьшается с высотой. В зависимости от времени года, климата и местности концентрация частиц аэрозолей в составе атмосферы изменяется. Выше 200 км основной компонент атмосферы — азот. На высоте свыше 600 км преобладает гелий, а от 2000 км — водород («водородная корона»).

Биосфера

Биосфера (от др.-греч. βιος — жизнь и σφα?ρα — сфера, шар) — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Она начала формироваться не ранее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она включает в себя всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает несколько миллионов видов растений, животных, грибов и микроорганизмов.

Биосфера состоит из экосистем, которые включают в себя сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющие обмен веществом и энергией между ними. На суше они разделены главным образом географическими широтами, высотой над уровнем моря и различиями по выпадению осадков. Наземные экосистемы, находящиеся в Арктике или Антарктике, на больших высотах или в крайне засушливых районах, относительно бедны растениями и животными; разнообразие видов достигает пика во влажных тропических лесах экваториального пояса.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюсы которого расположены рядом с географическими полюсами планеты. Поле формирует магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах — двух концентрических областях в форме тора вокруг Земли. Около магнитных полюсов эти частицы могут «высыпаться» в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний.

Согласно теории «магнитного динамо», поле генерируется в центральной области Земли, где тепло создаёт протекание электрического тока в жидком металлическом ядре. Это в свою очередь приводит к возникновению у Земли магнитного поля. Конвекционные движения в ядре являются хаотичными; магнитные полюсы дрейфуют и периодически меняют свою полярность. Это вызывает инверсии магнитного поля Земли, которые возникают в среднем несколько раз за каждые несколько миллионов лет. Последняя инверсия произошла приблизительно 700 000 лет назад.

Магнитосфера — область пространства вокруг Земли, которая образуется, когда поток заряженных частиц солнечного ветра отклоняется от своей первоначальной траектории под воздействием магнитного поля. На стороне, обращённой к Солнцу, толщина её головной ударной волны составляет около 17 км и расположена она на расстоянии около 90 000 км от Земли. На ночной стороне планеты магнитосфера вытягивается, приобретая длинную цилиндрическую форму.

Когда заряженные частицы высокой энергии сталкиваются с магнитосферой Земли, то появляются радиационные пояса (пояса Ван Аллена). Полярные сияния возникают когда солнечная плазма достигает атмосферы Земли в районе магнитных полюсов.

Структура Земли

Материал из Википедии - свободной энциклопедии

Земля в разрезе от ядра к экзосфере. Левая картинка не в масштабе.

Земля имеет в первом грубом приближении форму шара (фактический радиус Земли равен 6357-6378 км) и состоит из нескольких оболочек. Эти слои могут быть определены либо их химическими или их реологическими свойствами. В центре расположено ядро Земли с радиусом около 1250 км, которое в основном состоит из железа и никеля. Далее идёт жидкая часть ядра Земли (состоящее в основном из железа) с толщиной около 2200 км. Потом 2900 км вязкой мантии , состоящей из силикатов и оксидов , а сверху довольно тонкая, твердая земная кора . Она также состоит из силикатов и оксидов, но обогащена элементами, которые не встречаются в мантийных породах. Научное понимание внутренней структуры Земли основывается на наблюдениях топография и батиметрии , наблюдения горных пород в обнажениях , образцах поднятых на поверхность с больших глубин в результате вулканической активности, анализе сейсмических волн , которые проходят сквозь Землю, измерении гравитации областей Земли, и экспериментах с кристаллическими твердыми телами при давлениях и температурах , характерных для глубоких недр Земли.

1 Предположения

2 Структура

• 2.1 Ядро

  2.2 Мантия

  2.3 Кора

3 Историческое развитие альтернативных концепций

6 Дальнейшее чтение

Предположения

Сила, гравитация Земли может быть использована для расчета её массы, а также оценки объема планеты, и её средней плотности. Астрономы также могут рассчитать массу Земли по её орбите и влиянию на близлежащие планетарные тела. Наблюдения скал, водоемов и атмосферы, позволяют оценить массу, объем и плотность горных пород на определенной глубине, так что остальная масса должна находиться в более глубоких слоях.

Структура

Структуру Земли можно классифицировать по двум принципам: по механическим свойствами, такими как реология , или по химическим свойствам. Механически, она может быть разделена на литосферы , астеносферы , мезосферы , внешнее ядро и внутреннее ядро. Химически Землю можно разделить на земную кору , верхнюю мантию , нижнюю мантию, внешнее ядро и внутреннее ядро.

Схематическое изображение внутренней структуры Земли. 1. континентальная кора - 2. океаническая кора - 3. верхняя мантия - 4. нижняя мантия - 5. Внешнее ядро - 6. Внутреннее ядро - А: Поверхность Мохоровичича - B: Разрыв Гутенберга - C: разрыв Леманн-Буллен

Геологические слои Земли находятся на следующих глубинах под поверхностью: :

Слои Земли были определены косвенно с помощью измерения времени распространения преломленных и отраженных сейсмических волн , созданных землетрясениями. Ядро не пропускает поперечные волны, а скорость распространения волн отличается в разных слоях. Изменения в скорости сейсмических волн между различными слоями вызывает их преломление благодаря закону Снелла .

Ядро

Основная статья: Ядро Земли

Средняя плотность Земли 5515 кг /м 3 . Поскольку средняя плотность материала поверхности составляет всего лишь около 3000 кг /м 3 , мы должны заключить, что плотные материалы существуют в ядре Земли. Еще одно доказательство высокой плотности ядра происходит из изучения сейсмологии.

Сейсмические измерения показывают, что ядро делится на две части, твердое внутреннее ядро с радиусом ~ 1220 км [ 2 ] и жидкое внешнее ядро, с радиусом ~ 3400 км .

Мантия

Основная статья: Мантия Земли

Мантия Земли простирается до глубины 2890 км, что делает её самым толстым слоем Земли. Давление в нижней мантии, составляет ~ 140 ГПа (1,4 М атм). Мантия состоит из силикатных пород, богатых железом и магнием по отношению к вышележащей коре.Высокие температуры в мантии делают силикатный материал достаточно пластичным, чтобы могла существовать конвекция вещества в мантии, выходящая на поверхность через разломы в тектонических плитах. Плавление и вязкость вещества зависят от давления и химических изменений в мантии. Вязкость мантии колеблется от 10 21 до 10 24 Pa·s , в зависимости от глубины. Для сравнения, вязкость воды составляет около 10 −3 Pa·s , а песка 10 7 Pa·s .

Кора

Основная статья: Земная кора

Кора колеблется от 5 до 70 км в глубину от поверхности. Самые тонкие части океанической коры, которые лежат в основе океанических бассейнов (5-10 км) и состоят из плотной (мафической (англ. )) железо-магниевой силикатной породы, такой как базальт .

Историческое развитие альтернативных концепций

Основная статья: Полая Земля

Иллюстрация гипотезы Галлея .

В 1692 году Эдмунд Галлей (в статье, напечатанной в Философских трудах Королевского общества в Лондоне), выдвинул идею о Земле, состоящей из полого корпуса около 500 миль толщиной, с двумя внутренними концентрическими оболочками вокруг внутреннего ядра, соответствующего диаметра планет Венеры, Марса и Меркурия, соответственно .

Глава 8 косное вещесво земли

§ 8.1. Форма и строение Земли

Форма Земли

Земля является той ареной, на которой возникают, развиваются и погибают цивилизации, происходит становление единого современного общества. От того, насколько хорошо мы будем понимать устройство нашей планеты, во многом зависит наше будущее. Однако мы знаем о ней не больше (а зачастую и существенно меньше), чем о далеких звездах. Начнем с представлений о форме Земли. В настоящее время никто не отрицает утверждения о том, что наша планета «круглая». Действительно, в первом приближении форма Земли определяется как шаровидная. Такое представление возникло еще в Древней Греции. И только в XVII-XVIII вв. оно стало уточняться. Было выяснено, что Земля сплюснута по оси вращения (разница между осями составляет около 21 км). Предполагается, что Земля формировалась под влиянием совместного действия гравитации и центробежных сил. Равнодействующая этих сил - сила тяжести - выражается в ускорении, которое приобретает каждое тело у поверхности Земли. Уже И. Ньютон теоретически обосновал положение, согласно которому Земля должна быть сжата в направлении оси вращения и принять форму эллипсоида, что было впоследствии подтверждено эмпирически. Позднее было обнаружено, что Земля сжата не только на полюсах, но в небольшой степени и по экватору. Наибольший и наименьший радиусы экватора различаются на 213 м, т.е. Земля является трехосным эллипсоидом. Но представления о Земле как об эллипсоиде также верны лишь в первом приближении. Реальная поверхность Земли еще более сложна. Наиболее близок к современной фигуре Земли геоид - воображаемая уровенная поверхность, по отношению к которой вектор силы тяжести повсеместно направлен перпендикулярно. На площади акватории океанов геоид совпадает с поверхностью воды, находящейся в полном покое. Расхождение между геоидом и эллипсоидом местами достигает ±(100-150) м, что объясняется неравномерным распределением масс разной плотности в теле Земли, влияющим на изменение силы тяжести, следовательно, и на форму геоида. В настоящее время для создания геодезической основы карт и других целей в России используется эллипсоид Красовского со следующими основными параметрами: экваториальный радиус 6378,245 км; полярный радиус 6356,863 км; полярное сжатие 1/298,25; площадь поверхности Земли около 510 млн км2, ее объем 1,083 · 1012 км3. Масса Земли составляет 5,976 · 1027 г.

Внутреннее строение Земли

Отметим, что непосредственному наблюдению доступны только самые верхние (до глубин 15-20 км) горизонты земной коры, выходящие на поверхность или вскрытые рудниками, шахтами и буровыми скважинами. Суждения о составе и физическом состоянии более глубоких оболочек основываются на данных геофизических методов, т.е. имеют предположительный характер. Из этих методов особое значение имеют сейсмический метод, основанный на регистрации скорости распространения в теле Земли волн, вызываемых землетрясениями или искусственными взрывами. В очагах землетрясений возникают так называемые продольные сейсмические волны, которые рассматриваются как реакция среды на изменение объема, и поперечные волны реакция среды на изменение формы, - распространяющиеся только в твердых телах. На основе геофизических наблюдений установлено, что Земля неоднородна и дифференцирована вдоль радиуса. В настоящее время известно несколько моделей строения Земли. Большинство исследователей принимает модель, согласно которой выделяются три главные оболочки Земли, разделенные четко выраженными поверхностями сейсмического раздела, где скорости сейсмических волн резко изменяются (рис. 8.1) :

земная кора - твердая верхняя оболочка Земли. Ее мощность изменяется от 5-10 км под океанами до 30-40 км в равнинных областях и достигает 50-75 км в горных районах (максимальные значения встречаются под Андами и Гималаями);

мантия Земли распространяется ниже земной коры до глубины 2900 км от поверхности и подразделяется на две части: верхнюю мантию - до глубины 900-1000 км и нижнюю мантию - от 900-1000 до 2900 км;

3) ядро Земли, где выделяют внешнее ядро, - до глубины около 5120 км и внутреннее ядро - ниже 5120 км. Земная кора отделяется от мантии в большинстве случаев достаточно резкой сейсмической границей - поверхностью Mохоровичича (сокращенно Μ οхо, или М). Сейсмическим методом в верхней мантии выявлен слой относительно менее плотных, как бы «размягченных» горных пород - астеносфера.В этом слое наблюдаются понижение скорости сейсмических волн, особенно поперечных, и повышение электрической проводимости, что свидетельствует о менее вязком, более пластичном состоянии вещества - на 2-3 порядка ниже, чем в покрывающих и подстилающих слоях мантии. Предполагается, что эти свойства связаны с частичным плавлением вещества мантии (1-10%) в результате более быстрого повышения температуры, нежели давления с увеличением глубины. Вязкость астеносферы существенно изменяется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, изменяется и ее мощность. Астеносфера располагается на различных глубинах: под континентами - от 80-120 до 200-250 км, под океанами - от 50-70 до 300-400 км. Она наиболее четко выражена и приподнята, местами до глубин 20-25 км и менее, под наиболее подвижными зонами земной коры и, напротив, слабо выражена и опущена под наиболее спокойными участками континентов (щитами платформ). Астеносфере принадлежит большая роль в глубинных геологических процессах. Твердый надастеносферный слой мантии вместе с земной корой называется литосферой.

Основные характеристики Земли

Средняя плотность Земли, по гравиметрическим данным, составляет 5,5 г/см. Плотность горных пород, слагающих земную кору, колеблется от 2,4 до 3,0 г/см. Сопоставление этих значений со средней плотностью Земли приводит к предположению, что с глубиной должно наблюдаться увеличение плотности в мантии и ядре Земли. Считается, что в над астеносферной части мантии ниже границы Мохо породы значительно плотнее. При переходе от мантии к ядру происходит скачок плотности до 9,7-10,0 г/см3, затем она повышается и во внутреннем ядре составляет 12,5-13,0 г/см3. Рассчитано, что ускорение силы тяжести изменяется от 9,82 м/с2 у поверхности до максимального значения 10,37 м/с2 в основании нижней мантии (2900 км). В ядре ускорение силы тяжести быстро падает, доходя на глубине около 5000 км до 4,52 м/с2, далее на глубине 6000 км падая до 1,26 м/с2, а в центре - до нуля. Известно, что Земля представляет собой как бы гигантский магнит с силовым полем вокруг. В современную эпоху магнитные полюса Земли расположены вблизи географических полюсов, но не совпадают с ними. В настоящее время происхождение главного магнитного поля Земли чаще всего объясняют с помощью динамотеорической концепции Френкеля-Эльзассера, согласно которой это поле возникает в результате действия системы электрических токов, вызванных сложными конвективными движениями в жидком внешнем ядре при вращении Земли. На общий фон магнитного поля накладывается влияние горных пород, которые содержат ферромагнитные минералы, залегающие в верхней части земной коры, в результате чего на поверхности Земли образуются магнитные аномалии. Остаточная намагниченность горных пород, содержащих ферромагнитные минералы, ориентирована, как магнитное поле Земли, существовавшее в период их образования. Исследования этой намагниченности показали, что магнитное поле Земли неоднократно испытывало инверсии в ходе геологической истории: северный полюс становился южным, а южный - северным. Шкалу магнитных инверсий используют для сопоставления толщ горных пород и определения их возраста. Для понимания процессов, происходящих в глубинах Земли, важным оказался вопрос теплового поля планеты. В настоящее время выделяют два источника тепла Земли - Солнце и недра Земли. Прогревание Солнцем распространяется на глубину, не превышающую 28-30 м. На некоторой глубине от поверхности располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Так, в Москве на глубине 20 м наблюдается постоянная температура, равная +4,2 °С, а в Париже +11,83 °С на глубине 28 м. Ниже пояса постоянной температуры наблюдениями в шахтах, рудниках, буровых скважинах установлено повышение температуры с глубиной, что обусловлено тепловым потоком, поступающим из недр Земли. Среднее для Земли значение внутреннего теплового потока - около 1,4-1,5 мккал/см2в секунду. Установлено, что тепловой поток зависит от степени подвижности коры и интенсивности эндогенных (внутренних) процессов. В пределах спокойных районов континентов его значение несколько меньше среднего. Существенные колебания теплового потока характерны для гор, на большей части океанического дна тепловой поток почти такой же, как на материковых равнинах, но в пределах так называемых рифтовых долин срединно-океанских хребтов увеличивается иногда в 5-7 раз. Высокие значения теплового потока отмечены во внутренних областях Красного моря. Источники внутренней тепловой энергии Земли еще недостаточно изучены. Но основными считаются: 1) распад радиоактивных элементов (урана, тория, калия и др.); 2) гравитационная дифференциация с перераспределением материала по плотности в мантии и ядре, сопровождающаяся выделением теплоты. Наблюдения в рудниках, шахтах и буровых скважинах свидетельствуют о повышении температуры с глубиной. Для ее характеристики введен геотермический градиент - нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины. Его значения различны в разных местах земного шара. Средним считается примерно 30 °С на 1 км, а крайние значения диапазона различаются более чем в 25 раз, что объясняется различной эндогенной активностью земной коры и различной теплопроводностью горных пород. Наибольший геотермический градиент, равный 150 °С на 1 км, отмечен в штате Орегон (США), а наименьший (6 °С на 1 км) - в Южной Африке. В Кольской скважине на глубине 11 км зарегистрирована температура около 200 °С. Наибольшие значения градиента связывают с подвижными зонами океанов и континентов, а наименьшие - с наиболее устойчивыми и древними участками континентальной коры. Изменение температуры с глубиной определено весьма приблизительно по косвенным данным. Для земной коры расчеты температур основываются главным образом на данных о тепловом потоке, теплопроводности горных пород, температуре лав, но для больших глубин такие данные отсутствуют, и состав мантии и ядра точно неизвестен. Предполагается, что ниже астеносферы температура закономерно повышается при значительном уменьшении геотермического градиента. На основе представлений о том, что ядро состоит главным образом из железа, были проведены расчеты его плавления на различных границах с учетом существующего там давления. Получено, что на границе нижней мантии и ядра температура плавления железа должна быть 3700 °С, а на границе внешнего и внутреннего ядра - 4300 °С. Из этого делается вывод, что с физической точки зрения температура в ядре составляет 4000-5000 °С. Для сравнения можно указать, что на поверхности Солнца температура чуть меньше 6000 °С. Коснемся вопроса об агрегатном состоянии вещества Земли. Считается, что вещество литосферы находится в твердом кристаллическом состоянии, так как температура при существующих давлениях здесь не достигает точки плавления. Однако местами и внутри земной коры сейсмологи отмечают наличие отдельных низкоскоростных линз, напоминающих астеносферный слой. По сейсмическим данным, вещество мантии Земли, через которую проходят как продольные, так и поперечные сейсмические волны, находится в эффективно-твердом состоянии. При этом вещество нижней мантии, вероятно, находится в кристаллическом состоянии, поскольку существующее в них давление препятствует плавлению. Только в астеносфере, где скорости сейсмических волн понижены, температура приближается к точке плавления. Предполагается, что вещество в астеносферном слое может быть в аморфном стекловидном состоянии, а часть (менее 10%) даже в расплавленном. Геофизические данные, а также очаги магмы, возникающие на различных уровнях астеносферного слоя, указывают на неоднородность и расслоенность астеносферы. Что касается состояния вещества в ядре Земли, то большинство исследователей считают, что вещество внешнего ядра находится в жидком состоянии, а внутреннее ядро - в твердом, поскольку переход от мантии к ядру сопровождается резким снижением скорости продольных сейсмических волн, а поперечные волны, распространяющиеся только в твердой среде, в него не входят.