Планета Земля: Все характеристики

Земля, третья планета от Солнца и пятая по величине в Солнечной системе по размеру и массе. Её единственная выдающаяся особенность заключается в том, что приповерхностная среда — единственное место во вселенной, где обитает жизнь. Обозначается символом ♁.

Земля — это единственное название планеты в солнечной системе, которое не происходит от греко-римской мифологии.

Содержание:

После Коперниканской революции 16-го века, когда польский астроном Николай Коперник предложил солнечную модель вселенной (см. Гелиоцентрическую систему), просвещенные мыслители считали Землю планетой, подобной другим в Солнечной системе. Морские путешествия послужили практическим доказательством того, что Земля является круглой. Использование Галилеем его недавно изобретенного телескопа в начале 17-го века вскоре показало, что другие планеты также являются круглыми.

Однако только после рассвета космической эры, когда фотографии со спутников и орбитальных космических кораблей впервые уловили кривизну земного горизонта, как грубой сферической планеты, а не как плоской, люди впервые увидели Землю как шар, плавающий в чернильной тьме космоса в декабре 1968 года, когда Аполлон-8 делал виток вокруг Луны.

Общий обзор планеты Земля

Если смотреть на Землю с другой планеты Солнечной системы, она будет яркой и голубоватой. Через большой телескоп легче всего было бы увидеть её атмосферные особенности, главным образом вихревые белые облака с тропическими штормами, вокруг планеты. Полярные области также будут казаться ярко-белыми из-за облаков наверху и снегом внизу. Под изменяющимся рисунком облаков появятся тёмно-синие океаны, прерываемые случайными смуглыми пятнами пустынных земель.

земля
Составное изображение Земли, полученное приборами на борту национального спутника НАСА Полярно-орбитального партнерства НАСА, 2012 год.NASA/NOAA/GSFC/Suomi NPP/VIIRS/Norman Kuring

Зеленые пейзажи, которые питают большую часть человеческой жизни, не будут легко видны из космоса. Они не только составляют скромную часть площади суши, которая сама по себе составляет менее одной трети поверхности Земли, но и часто скрыты облаками. В течение сезонов будут наблюдаться некоторые изменения в характере штормов и облачных поясов на Земле. Также заметным будет рост и спад зимнего снежного покрова по суше Северного полушария.

Ученые применили полный набор современных приборов для изучения Земли способами, которые еще невозможны для других планет. Таким образом, гораздо больше стало известно о её структуре и составе. Это детальное знание, в свою очередь, обеспечивает более глубокое понимание механизмов, с помощью которых планета в целом охлаждаются, изменяется состав земной коры.

Поверхность Земли традиционно подразделяется на семь континентальных масс: Африка, Антарктида, Азия, Австралия, Европа, Северная Америка и Южная Америка.

Эти континенты окружены четырьмя основными водоемами: Северным Ледовитым, Атлантическим, Индийским и Тихим океанами. Тем не менее, удобно рассматривать отдельные части Земли в виде концентрических и сферических слоев. Изнутри наружу простираются ядро, мантия, кора (включая каменистую поверхность), гидросфера (преимущественно океаны, которые заполняют низкие места в коре), атмосфера (разделенная на сферические зоны), такие как тропосфера и стратосфера, где лежит озоновый слой, защищая поверхность Земли и ее организмы от ультрафиолетовых лучей Солнца, и магнитосфера (огромная область в космосе, где магнитное поле Земли доминирует в поведении электрически заряженных частиц идущий от Солнца).

Основные планетарные данные

Среднее расстояние Земли от Солнца составляет около 149 600 000 км (92 960 000 миль). Планета вращается вокруг Солнца по пути, который в настоящее время более близка к кругу (менее эксцентрична), чем орбиты других планет, кроме
Венеры и Нептуна.

Скорость вращения

Земля совершает один оборот или одну полную орбиту вокруг Солнца примерно за 365,25 дней. Направление вращения — против часовой стрелки, если смотреть с севера — в том же направлении, что и вращение Солнца. Вращение Земли, или вращение вокруг своей оси называется прямым или постепенным. Период вращения, или длина звездного дня — 23 часа 56 минут и 4 секунды — аналогичен периоду вращения Марса. У Юпитера и большинства планет дни вдвое меньше, в то время как у Меркурия и Венеры дни более сопоставимы с их орбитальными периодами.

Наклон оси Земли 23,44 ° к ее орбитальной плоскости приводит к большему нагреву и большему количеству часов дневного света в одном полушарии или другом в течение года и таким образом, отвечает за циклическую смену сезонов.

С экваториальным радиусом 6 378 км (3963 миль) Земля является самой большой из четырех внутренних (каменистых) планет, но она значительно меньше внешних газовых гигантов. Земля имеет единственный естественный спутник — Луну, которая вращается вокруг планеты на среднем расстоянии около 384 400 км (238 900 миль).

Спутник земли

Луна является одним из крупнейших естественных спутников в Солнечной системе.
Только планеты-гиганты имеют равные или большие по размеру спутники.

Некоторые астрономы считают систему Земля-Луна двойной планетой, с некоторым сходством в этом отношении с карликовой планетой Плутон и ее самой большой луной Хароном.

Гравитация

Гравитационное поле Земли (см. Гравитация) проявляется как сила притяжения, действующая на свободное тело в состоянии покоя, заставляющее его ускоряться в общем направлении к центру планеты. Отклонения от сферической формы и эффект вращения Земли заставляют гравитацию изменяться с широтой
над земной поверхностью. Среднее ускорение силы тяжести на
уровне моря составляет около 980 см/С2.

Гравитация Земли удерживает Луну на ее орбите вокруг планеты, а также создает приливы в твердом теле Луны. Такие деформации проявляются в виде небольших выпуклостей на поверхности Луны, обнаруживаемых только чувствительными
инструментами. В свою очередь, масса Луны — относительно большая для естественного спутника — создает гравитационную силу, которая вызывает приливы на Земле.

Приливы

Солнце, намного более отдаленное, но значительно более массивное, также
поднимает приливы на Земле. Приливы наиболее очевидны в виде подъема и опускания океанской воды два раза в день ежедневно. Приливные деформации происходят также в твердой поверхности Земли и в атмосфере. Движение воды по всему океанскому бассейну в результате приливов (а также, в меньшей степени, приливных искажений твердой Земли) рассеивает орбитальную кинетическую энергию в виде тепла, вызывая постепенное замедление вращения Земли и спиральное движение наружу орбиты Луны.

В настоящее время это замедление удлиняет день на несколько тысячных секунды за столетие, но скорость замедления меняется со временем, поскольку тектоника плит и изменения уровня моря изменяют области, покрытые мелкими морями. (Дополнительные орбитальные и физические данные см. В таблице.)

Планетарные данные Земли

Среднее расстояние от Солнца 149 598 262 км (1,0 а.е.)
Эксцентриситет орбиты 0,0167
Наклон орбиты к эклиптике 0,000°
Год Земли (звездный период обращения) 365.256 дней
Средняя орбитальная скорость 29,78 км / с
Радиус экватора 6 378,14 км
Полярный радиус 6 356,78 км
Площадь поверхности 510 064 472 км2
Масса 5.972 × 10 /24 КГ
Средняя плотность 5,51 г / см3
Средняя плотность поверхности 980 см / сек2
Скорость вращения 11,2 км / с
Период вращения (звездный день Земли) 23,9345 ч (23 ч 56 мин 4 с) среднего солнечного времени
Среднее солнечное время Земли 24,0657 часа (24 часа 3 минуты 57 секунд) среднего звездного времени
Наклон экватора к орбите 23,44°
Напряженность магнитного поля на экваторе 0,3 гаусс (но ослабевает)
Дипольный момент 7.9 × 10 25 Гаусс / см 3
Угол наклона магнитной оси 11,5°
Состав атмосферы молекулярного азота 78%; Молекулярный кислород — 21%; аргон, 0,93%; диоксид
углерода, 0,0395% (в настоящее время растет); вода, около 1% (переменная)
Среднее давление на поверхности 1 бар
Средняя температура поверхности 288 К (59° F, 15° C)
Количество известных лун 1 (луна)

 

Атмосфера и гидросфера

Атмосфера и гидросфера

Одеяла летучих газов и жидкостей вблизи и над поверхностью Земли, наряду с солнечной энергией, имеют первостепенное значение для поддержания жизни на Земле. Они распространяются и перерабатываются по всей атмосфере и гидросфере планеты.

Атмосфера

Земля окружена относительно тонкой атмосферой (обычно называемой воздухом), состоящей из смеси газов, в основном молекулярного азота (78 процентов) и молекулярного кислорода (21 процент). Также присутствуют гораздо меньшие количества газов, таких как аргон (почти 1 процент), водяные пары (в среднем 1 процент, но сильно изменяющиеся по времени и местоположению), углекислый газ (0,0395 процента [395 частей на миллион] и в настоящее время растущий), метан ( 0,00018 процента (1,8 части на миллион) и в настоящее время растет) и другие, наряду с мелкими твердыми и жидкими частицами в суспензии.

Поскольку Земля обладает слабым гравитационным полем (в силу своих размеров) и теплыми атмосферными температурами (из-за своей близости к Солнцу) по сравнению с планетами-гигантами, ей не хватает самых распространенных газов Вселенной: водород и гелий.

Высокое содержание кислорода в атмосфере Земли необычно. Кислород является высокореактивным газом, который в большинстве планетарных условий будет сочетаться с другими химическими веществами в атмосфере, на поверхности и в коре. Это постоянно обеспечивается биологическими процессами; без жизни не было бы практически свободного кислорода. Метан в атмосфере 1,8 части на миллион также находится далеко от химического равновесия с атмосферой и земной корой: он также имеет биологическое происхождение, а человеческая деятельность намного превосходит другие.

Атмосферные газы простираются от поверхности Земли до высот в тысячи километров, в конечном итоге сливаясь с солнечным ветром — потоком заряженных частиц, которые идут из самых внешних областей Солнца. Состав атмосферы является более или менее постоянным до высоты около 100 км, за исключением водяного пара и озона.

Слои атмосферы

Атмосфера обычно описывается в терминах отдельными слоями. Большая часть атмосферы сосредоточена в тропосфере, которая простирается от поверхности до высоты около 10–15 км, в зависимости от широты и времени года. Поведение газов в этом слое контролируется конвекцией.

Этот процесс включает в себя турбулентные, опрокидывающиеся движения, возникающие в результате плавучести приповерхностного воздуха, который нагревается солнцем. Конвекция поддерживает уменьшение вертикального градиента температуры, то есть снижение температуры с высотой, примерно до 6° C 1 на км. В верхней части тропосферы, которая называется тропопаузой, температура примерно до -80° C.

Планета Земля: Все характеристикиСухая разреженная стратосфера лежит над тропосферой и простирается до высоты около 50 км. Конвективные движения слабы или отсутствуют в стратосфере; движения вместо этого имеют тенденцию быть горизонтальными. Температура в этом слое увеличивается с высотой.

В верхних стратосферных областях поглощение ультрафиолетового света от Солнца расщепляет молекулярный кислород (O2). Рекомбинация отдельных атомов кислорода с молекулами O2 в озоне (O3) создает защитный озоновый слой.

Над относительно теплой стратопаузой находится еще более слабая мезосфера, в которой температуры снова понижаются с высотой до 80–90 км над поверхностью, где определяется мезопауза. Минимальная температура там сильно зависит от времени года. Затем температура повышается с увеличением высоты через вышележащий слой, известный как термосфера. Кроме того, на высоте около 80–90 км увеличивается доля заряженных или ионизованных частиц, что определяет ионосферу. Эффектные видимые полярные сияния создаются в этой области, особенно вдоль приблизительно круглых зон вокруг полюсов, в результате взаимодействия атомов азота и кислорода в атмосфере с эпизодическими всплесками энергичных частиц, исходящих от Солнца.

Циркуляция атмосферы

Общая циркуляция атмосферы Земли обусловлена энергией солнечного света, которая в экваториальных широтах более обильна. Движение этого тепла к полюсам сильно зависит от быстрого вращения Земли и связанной с ним силы Кориолиса на широтах от экватора (что добавляет Восточно-западную составляющую к направлению ветров), в результате чего в каждом полушарии образуется несколько ячеек циркулирующего воздуха.

Неустойчивости (возмущения в атмосферных потоках, которые растут со временем) производят характерные области высокого давления и штормы низкого давления средних широт, а также быстрый, движущийся на восток струйный поток s верхней тропосферы, которые направляют пути штормов. Океаны — это огромные резервуары тепла, которые в значительной степени сглаживают колебания глобальных температур Земли.

Атмосфера Земли не является статической характеристикой окружающей среды. Скорее, его состав эволюционировал в течение геологического времени в согласии с жизнью и меняется сегодня более быстро в ответ на деятельность человека. Примерно в середине истории Земли, в атмосфере началось подниматься необычно высокое обилие свободного кислорода, благодаря фотосинтезу цианобактериями и насыщению природных поверхностных поглотителей кислорода (например, относительно бедных кислородом минералов и богатых водородом газов, выделяющихся из вулканов). Накопление кислорода дало возможность развиваться сложным клеткам, которые потребляют кислород в процессе метаболизма и из которых состоят все растения и животные.

Климат Земли

Климат Земли по местам меняется в зависимости от сезона, но существуют и более долгосрочные изменения. Вулканические взрывы, такие как извержение вулкана Пинатубо в 1991 году на Филиппинах, могут привести к попаданию большого количества пылевых частиц в стратосферу, которые остаются подвешенными в течение многих лет, снижая прозрачность атмосферы и привело к похолоданию во всем мире.

Гигантские удары астероидов и комет могут привести к еще более серьезным последствиям, в том числе к значительному уменьшению солнечного света на месяцы или годы. По мнению многих ученых, это привело к массовому вымиранию живых видов в конце мелового периода 66 миллионов лет тому назад. Доминирующими климатическими изменениями, наблюдаемыми в недавней геологической записи, являются ледниковые периоды, которые связаны с изменениями наклона Земли и ее орбиты.

Водородный синтез

Физика водородного синтеза приводит астрономов к выводу, что Солнце было на 30 процентов менее ярким в ранней истории Земли, чем сегодня. Следовательно, при прочих равных условиях океаны должны были замерзнуть. Наблюдения за соседями Земли, Марсом и Венерой, а также оценки содержания углерода в земной коре в настоящее время позволяют предположить, что в более ранние периоды в атмосфере Земли было гораздо больше углекислого газа. Это увеличило потепление поверхности за счет парникового эффекта и позволило океанам оставаться жидкими.

Углекислый газ

Сегодня в земной коре в 100 000 раз больше углекислого газа, чем в атмосфере , в резком контрасте с Венерой, чья атмосферная эволюция пошла другим путем.

На Земле формирование карбонатных оболочек морской жизнью является основным механизмом превращения углекислого газа в карбонаты; абиотические процессы с участием жидкой воды также производят карбонаты, хотя и медленнее. Однако на Венере жизнь так и не смогла возникнуть и произвести карбонаты. Из-за расположения планеты в Солнечной системе ранняя Венера получила на 10-20% больше солнечного света, чем падает на Землю даже сегодня, несмотря на более слабое молодое Солнце в то время.

Большинство планетологов считают, что повышенная температура поверхности удерживала воду от конденсации в жидкость. Вместо этого она осталась в атмосфере в виде водяного пара, который, как и углекислый газ, является эффективным парниковым газом. Вместе эти два газа вызвали повышение температуры поверхности еще выше, так что огромное количество воды вырвалось в стратосферу, где она была диссоциирована солнечным ультрафиолетовым излучением.

Между 1950-х и концом 20-го века количество углекислого газа в атмосфере Земли увеличилось более чем на 15 процентов из-за сжигания ископаемого топлива (например, угля, нефти и природного газа) и уничтожения тропических лесов. Например, в бассейне реки Амазонки.

Компьютерные модели предсказывают, что удвоение углекислого газа к середине 21-го века может привести к глобальному потеплению в среднем на планете с температурой 1,5–4,5°C, что окажет глубокое воздействие на уровень моря и сельское хозяйство. Хотя этот вывод был подвергнут критике со стороны некоторых на том основании, что наблюдаемое до сих пор потепление не поспевает за прогнозом, анализ данных о температуре океана показал, что потепление в течение 20-го века фактически произошло в самих океанах — и будет в конце концов проявляться в атмосфере.

Озоновый слой

Еще одна обеспокоенность в отношении атмосферы связана с воздействием деятельности человека на стратосферный озоновый слой. В середине 1980-х годов были обнаружены сложные химические реакции, включающие следы искусственных хлорфторуглеродов (ХФУ), которые создают временные дыры в озоновом слое, особенно над Антарктидой.

Еще более тревожным было обнаружение растущего истощения озона в густонаселенных умеренных широтах, поскольку было обнаружено, что коротковолновое ультрафиолетовое излучение, которое эффективно поглощает озоновый слой, вызывает рак кожи. Действующие международные соглашения о прекращении производства наиболее вопиющих озоноразрушающих ХФУ в конечном итоге остановят и повернут вспять процесс истощения, но только к середине XXI века из-за длительного времени пребывания этих химических веществ в стратосфере.

Гидросфера

Гидросфера Земли представляет собой слой воды на поверхности планеты или вблизи нее. Она включает в себя все жидкие и замороженные поверхностные воды, подземные воды, содержащиеся в почве, а также атмосферный водяной пар.

ГидросфераУникальная в пределах солнечной системы, гидросфера необходима для всей жизни. Площадь Земли составляет примерно 510 066 000 кв. км; почти 71 процент поверхности Земли покрыто морскими океанами, с объемом около 1,4 миллиарда кубических километров и средней температурой около 4° C, что не намного выше точки замерзания воды. Океаны содержат около 97 процентов объема воды на планете. Остальная часть встречается в виде пресной воды, три четверти которой заперты в виде льда на полярных широтах.

Большая часть оставшейся пресной воды — это грунтовые воды, содержащиеся в почвах; менее чем 1 процент этого находится в озерах и реках. В процентном отношении атмосферный водяной пар незначителен, но транспортировка воды, испаряемой из океанов является неотъемлемой частью гидрологического цикла, который обновляет и поддерживает жизнь.

Гидрологический цикл

Гидрологический цикл включает в себя перенос воды из океанов через атмосферу на континенты и обратно в океаны. Цикл включает такие процессы, как осаждение, испарение, транспирация, инфильтрация, перколяция и сток. Эти процессы протекают по всей гидросфере, которая простирается от 15 км в атмосферу до примерно 5 км в коре.

Около трети солнечной энергии, которая достигает поверхности Земли, расходуется на испарение воды в океане. В результате атмосферная влага и влажность конденсируются в облака, дождь, снег и росу.

Влага является решающим фактором в определении погоды. Она является движущей силой штормов и отвечает за разделение электрического заряда, который является причиной молнии и следовательно, естественных пожаров в диких землях, которые играют важную роль в некоторых экосистемах.

Влага увлажняет землю, пополняет подземные источники, химически выветривает камни, разрушает ландшафт, питает жизнь и наполняет реки, которые переносят растворенные химические вещества и отложения обратно в океаны.

Действие воды

Вода также играет жизненно важную роль в цикле диоксида углерода (часть более инклюзивного цикла углерода). Под действием воды и растворенного углекислого газа кальций вымывается из континентальных пород и переносится в океаны, где он объединяется с образованием карбонатов кальция (включая раковины морской флоры и фауны).

В конечном счете карбонаты откладываются на морском дне и литифицируются с образованием известняков. Некоторые из этих карбонатных пород позже уносятся вглубь земного шара глобальным процессом тектоники плит и расплавляются, что приводит к повторному выделению углекислого газа (например, из вулканов) в атмосферу.

Циклическая обработка воды, углекислого газа и кислорода через геологические и биологические системы на Земле имеет основополагающее значение для поддержания обитаемости планеты во времени и для формирования эрозии и выветривания континентов. Это резко контрастирует с отсутствием таких процессов на Венере.

Внешний слой Земли

кора ЗемлиВнешний, жесткий, каменистый слой Земли называется земной корой.

Он состоит из легкоплавких пород низкой плотности. Континентальная кора представляет собой преимущественно гранитную породу, а состав океанической коры в основном соответствует составу базальта и габбро.

Анализ сейсмических волн, генерируемых землетрясениями в недрах Земли, показывает, что кора простирается примерно на 50 км под континентами и только на 5–10 км под дном океана.

В основании коры резкое изменение наблюдаемого поведения сейсмических волн отмечает границу раздела с мантией. Мантия состоит из более плотных пород, на которых плавают плиты коры. В геологических временных масштабах, мантия ведет себя как очень вязкая жидкость. Вместе, верхняя мантия и кора действуют механически как один жесткий слой, называемый литосферой.

Литосферная оболочка Земли

Внешняя литосферная оболочка Земли — это не один непрерывный кусок, а разбитый, как слегка потрескавшаяся яичная скорлупа, на десяток основных отдельных жестких блоков или пластин.

Существует два типа плит: океаническая и континентальная. Примером океанической плиты является Тихоокеанская плита, которая простирается от Восточно-Тихоокеанского побережья до глубоководных впадин, граничащих с западной частью Тихоокеанского бассейна.

Примером континентальной плиты является Североамериканская плита, которая включает в себя Северную Америку, а также океаническую кору между ней и частью Срединно-Атлантического хребта. Последняя представляет собой огромную подводную горную цепь, которая простирается вдоль оси Атлантического бассейна, проходя на полпути между Африкой, Северной и Южной Америкой.

Литосферные плиты имеют толщину около 60 км под океанами и 100–200 км под континентами. (Следует отметить, что эти толщины определяются механической жесткостью литосферного материала. Они не соответствуют толщине коры, которая определяется в ее основании разрывом в поведении сейсмических волн, как указано выше.) Они движутся по слабому, возможно, частично расплавленному слою верхней мантии, называемой астеносферой.

Медленные конвекционные потоки в глубине мантии, создаваемые радиоактивным нагревом внутреннего пространства, приводят к боковым перемещениям плит (и континентов на них) со скоростью несколько сантиметров в год. Пластины взаимодействуют вдоль своих краев и эти границы классифицируются на три основных типа на основе относительных движений соседних плит: расходящиеся, сходящиеся и трансформируемые (или скачкообразные).

Движение плит

В местах расхождения две плиты удаляются друг от друга. Плавучие восходящие движения в мантии разрывают плиты в рифтовых зонах (например, в середине дна Атлантического океана), где магма из подстилающей мантии поднимается, образуя новые породы океанической коры.

Литосферные плитыЛитосферные плиты движутся навстречу друг другу по сходящимся границам. Когда континентальная плита и океаническая плита объединяются, передний край океанической плиты проталкивается под континентальную плиту и опускается в астеносферу — процесс, называемый субдукцией.

Однако, только более тонкие, более плотные плиты океанической коры будут подчиняться. Когда два более толстых, более плавучих континента объединяются в конвергентных зонах, они сопротивляются субдукции и имеют тенденцию изгибаться, создавая большие горные цепи. Гималаи, наряду с соседним плато Тибет, были сформированы во время такого столкновения плит, когда Индия была перенесена на Евразийскую плиту относительным движением Индийско-Австралийской плиты.

На третьем типе границы плит, две плиты скользят параллельно друг другу в противоположных направлениях. Эти области часто связаны с высокой сейсмичностью, поскольку напряжения, которые накапливаются в скользящих плитах земной коры, через определенные промежутки времени вызывают землетрясения. Разлом Сан-Андреас в Калифорнии является примером такого типа границы, которая также известна как зона разлома или трещины.

Тектонические процессы

Большинство активных тектонических процессов на Земле, включая почти все землетрясения, происходят вблизи краев плиты. Вулканы образуются вдоль зон субдукции, потому что океаническая кора имеет тенденцию переплавляться по мере того, как она опускается в горячую мантию, а затем поднимается на поверхность в виде лавы.

В таких местах, как западная часть Тихого океана и западное побережье Америки, образуются цепочки активных, часто взрывоопасных вулканов. Более старые горные цепи, разрушенные атмосферным воздействием, отмечают зоны более ранней активности на границах плит.

Старейшие, наиболее геологически стабильные части Земли являются центральными ядрами некоторых континентов (таких как Австралия, часть Африки и север Северной Америки). Называемые континентальными щитами, представляют собой регионы, где горообразование, разрушение и другие тектонические процессы уменьшаются по сравнению с деятельностью, которая происходит на границах между плитами. Из-за их устойчивости эрозия успела выровнять рельеф континентальных плит.

Также на плитах лучше сохранились геологические свидетельства образования шрамов от древних ударов астероидов и комет. Однако даже там тектонические процессы и действие воды стерли многие древние черты. Напротив, большая часть океанической коры значительно моложе (десятки миллионов лет), и ни одна из них не существовала более 200 миллионов лет назад.

Процессы внутренней конвекции

Эта концептуальная структура, в которой ученые теперь понимают эволюцию литосферы Земли — так называемую тектонику плит — принята почти повсеместно, хотя многие детали еще предстоит выяснить.

Например, ученым еще предстоит прийти к общему согласию относительно того, когда сформировались исходные континентальные ядра или как давно начали действовать современные плитно-тектонические процессы. Разумеется, процессы внутренней конвекции, разделения минералов путем частичного плавления и рекристаллизации и базальтового вулканизма происходили более активно в течение первого миллиарда лет истории Земли, когда внутренняя часть планеты была намного более горячей, чем сегодня.

Образование континентов

Как только основные континентальные плиты сформировались, тектоника характеризовалась циклической сборкой и распадом суперконтинентов, созданных путем слияния многих более мелких континентальных островов.

Ученые определили два таких цикла в геологической записи. Суперконтинент начал распадаться около 700 миллионов лет назад в конце докембрийской эры на несколько крупных континентов. Но примерно 250 миллионов лет назад, около начала триасового периода, продолжающийся дрейф этих континентов привел к их слиянию снова в один суперконтинент под названием Пангея.

ПангеяСпустя примерно 70 миллионов лет Пангея начала распадаться, постепенно создавая современную континентальную конфигурацию. Распределение все еще асимметрично, с преимущественным расположением в северном полушарии напротив Тихоокеанского бассейна.

Поразительно, что из четырех планет земной группы только Земля демонстрирует признаки долговременной тектоники плит. Венера и Марс демонстрируют геологию, в которой преобладает базальтовый вулканизм в основном неподвижной коры, с лишь слабыми намеками на возможно ограниченные эпизоды движения горизонтальной плиты. Меркурий по своей природе намного плотнее других планет земной группы, что предполагает наличие более крупного металлического ядра.

Очевидно, что для тектоники плит как на Земле, важны большие размеры планеты (большой тепловой поток и тонкая кора). Хотя Земля действительно геологически активна и следовательно обладает молодой поверхностью, поверхность Венеры, возможно, была полностью обновлена глобальным базальтовым вулканизмом в течение последнего миллиарда лет. Небольшие участки поверхности Марса могли испытать совсем недавнюю эрозию от жидкой воды или оползней.

Состав Земли

Состав Земли

Более 90 процентов массы Земли состоит из железа, кислорода, кремния и магния: элементов, которые могут образовывать кристаллические минералы, известные как силикаты.

Тем не менее, по химическому и минералогическому составу, как и по физическим свойствам, Земля далеко не однородна.

Помимо поверхностных различий у поверхности, основные различия Земли меняются в зависимости от расстояния до центра. Это связано с повышением температуры и давления, а также с первоначальной сегрегацией материалов. Породы коры содержат в несколько раз больше породообразующего элемента, чем остальная часть твердой Земли. С другой стороны, кора, на которую приходится всего 0,4 процента массы Земли, содержит менее 0,1 процента железа. В ядре сосредоточено от 85 до 90 процентов земного железа.

Увеличивающееся давление с глубиной вызывает фазовые изменения в породах земной коры на глубинах между 5 и 50 км. Эта переходная область называется разрывом Мохоровича или Мохо. Большинство базальтовых магм образуются в верхней мантии на глубинах в сотни километров. Верхняя мантия, которая богата минералами, имеет значительные различия в составе. Большая часть недр Земли, от глубины около 650 км до 2900 км, состоит из нижней мантии, состоящей в основном из магний — и железосодержащих силикатов.

Мантия

Мантия не статична, наоборот, медленно срывается в конвективных движениях, с повышением температуры более горячего материала и понижением температуры более холодного материала. Благодаря этому процессу Земля постепенно теряет свое внутреннее тепло. Помимо того, что она является движущей силой горизонтального движения плит, конвекция мантии проявляется в возникновении огромных восходящих струй горячей частично расплавленной породы.

Ядро

Радиус ядра Земли составляет почти 3500 км. Около трети массы Земли содержится в ядре, большая часть которого представляет собой жидкое железо с никелем и некоторыми более легкими, космически богатыми компонентами (например, сера, кислород и даже водород).

Небольшая центральная часть ядра ниже глубины около 5100 км представляет собой твердое железо. Это внутреннее ядро само по себе разделено на два слоя, известное только различием полярности кристаллов железа. Полярность кристаллов железа самого внутреннего слоя ориентирована в направлении восток-запад, тогда как полярность внешнего слоя ориентирована север-юг.

Температуры в активной зоне очень высокие: от 4000 до 5000 K (примерно 6700–8 500° F; 3700–4 700° C). На внешней части активной зоны до 5000–7000 K (8500–12 100° F; 4700–6 700° C) в центре, сопоставимом с поверхностью Солнца.

Большая неопределенность в отношении температуры возникает из вопросов относительно того, какие соединения образуют сплавы с железом в ядре. Поздние данные подтверждают нижний предел оценок температуры для внутреннего ядра.

Тепловой резервуар ядра может давать до одной пятой всего внутреннего тепла, которое в конечном итоге попадает на поверхность Земли. Базовая структура Земли — кора, мантия и ядро — похоже повторяется на других планетах земного типа, хотя со значительными различиями в относительном размере каждого региона.

Геомагнитное поле и магнитосфера Земли

Движения в электропроводящем жидком внешнем ядре Земли имеют электромагнитный динамо-эффект, порождающий геомагнитное поле. Значительное, горячее ядро планеты, наряду с ее быстрым вращением, вероятно объясняет исключительную напряженность магнитного поля Земли по сравнению с таковыми на других планетах земной группы.

магнитосфера ЗемлиНапример, у Венеры, имеющей размеры, близкие по размеру к Земле, ядро вращается очень медленно и не имеет собственного магнитного поля. Меркурий и Марс имеют только небольшие собственные магнитные поля.

Основное магнитное поле Земли пронизывает планету и огромный объем окружающего ее пространства. Большая каплевидная область пространства, называемая магнитосферой, формируется взаимодействием поля Земли с солнечным ветром.

На расстоянии около 65 000 км от Солнца давление солнечного ветра уравновешивается геомагнитным полем. Это служит препятствием для солнечного ветра, и поток заряженных частиц , или плазмы, отклоняется вокруг Земли. Магнитосфера, таким образом, образует вытянутый хвост, который протягивается на несколько миллионов километров.

Частицы плазмы от солнечного ветра могут протекать через магнитопаузу, солнечную границу магнитосферы и заполнять ее внутреннюю часть. Заряженные частицы из ионосферы Земли также попадают в магнитосферу.

Хвост магнитного поля может часами хранить огромное количество энергии — несколько миллиардов мегаджоулей, что примерно эквивалентно годовому производству электроэнергии во многих небольших странах). Это происходит через процесс, называемый переподключением, при котором магнитное поле Солнца, втягиваемое солнечным ветром в межпланетное пространство, становится связанным с магнитным полем в магнитосфере Земли. Энергия высвобождается в динамических структурных реконфигурациях магнитосферы, называемых геомагнитными суббурями, которые часто приводят к осаждению энергичных частиц в ионосферу, вызывая флуоресцентные авроральные проявления.

Радиационные пояса магнитосферы

Сходящиеся линии магнитного поля, расположенные довольно близко к Земле, могут улавливать высокоэнергетические частицы, так что они вращаются между северным и южным полушариями и медленно перемещаются в продольном направлении вокруг планеты в двух концентрических зонах в форме пончика, известных как радиационные пояса Ван Аллена.

Многие из заряженных частиц, захваченных в этих поясах, образуются, когда космические лучи падают на верхнюю атмосферу Земли, производя нейтроны, которые затем распадаются на электроны заряженные отрицательно, и протоны, которые заряжены положительно. Другие происходят от солнечного ветра или атмосферы Земли. Внутренний радиационный пояс был обнаружен в 1958 году американским физиком Джеймсом Ван Алленом и его коллегами с помощью счетчика Гейгера-Мюллера на борту первого спутника США, Explorer 1. С тех пор магнитосфера Земли интенсивно изучалась. Физики расширили свои исследования плазменных процессов в окрестностях комет и других планет.

Изменения полярности

Важной характеристикой магнитного поля Земли является изменение полярности. В этом процессе направление дипольного компонента меняется на противоположное, то есть северный магнитный полюс становится южным магнитным полюсом и наоборот.

Из изучения направления намагничивания многих горных пород геологи знают, что такие изменения происходят без видимой закономерности с интервалами, варьирующимися от десятков тысяч лет до миллионов. Вероятно, что во время переключения, которое, как считается, занимает несколько тысяч лет, остается недиполярное поле с небольшой долей напряженности нормального поля. При временном отсутствии дипольного компонента солнечный ветер приближался бы к Земле гораздо ближе, позволяя частицам, которые обычно отклоняются полем или попадают в его внешние части, достигать поверхности.

Увеличение радиации частиц может привести к увеличению скорости генетического повреждения и, следовательно, мутаций или бесплодия у растений и животных.Это приведет к исчезновению некоторых видов. Ученые искали доказательства таких изменений в окаменелостях во времена прошлых изменений, но результаты были неубедительными.

Развитие структуры и состава планеты Земля

Развитие планеты ЗемляПроисхождение Земли в ее нынешнем виде уже давно является предметом интеллектуального интереса, но с середины 20-го века ученые добились особенно значительных успехов как в концепциях, так и в измерениях.

Анализ изотопов в метеоритах и в частности горных пород, привезенных с Луны астронавтами США, внес некоторые основные вклады. Другие знания были получены благодаря геохимическим исследованиям земных образцов в сочетании с новым пониманием внутренних процессов, вызванными тектоникой плит, изучением планет земной группы и достижениями в моделировании физических процессов.

Эволюция Земли

Отправной точкой в отслеживании эволюции планеты является нуклеосинтез, образование химических элементов в космическом масштабе. Это включает в себя ядерные процессы, в результате которых самые легкие элементы — в основном, водород и гелий — были созданы при взрывном рождении Вселенной (см. Модель большого взрыва) 13,8 миллиарда лет назад, и последующее образование более тяжелых элементов в звездах.

По аналогии с тем, что астрономы в настоящее время наблюдают за происходящим в областях звездообразования, считается, что Солнечная система зародилась как облако газа и пыли ранее существовавших элементов. Под действием собственного гравитационного притяжения облако распалось на вращающийся диск вещества, называемый солнечной туманностью.

Коллапс мог быть инициирован ударной волной, исходящей от близлежащей сверхновой, взрывной звездой или случайными колебаниями самого облака. Как только в уплотненном туманном ядре будут достигнуты достаточно высокие давления и плотности, могут начаться реакции внутри него, в результате чего родится звезда.

Внешняя часть вращающегося диска — вещество, не включенное в новое Солнце — стало сырьем для планет и других орбитальных тел Солнечной системы. Рождение Солнца, которое составляет более 99,9 процента массы всей солнечной системы, считается временем, когда планеты начали формироваться, примерно 4,56 миллиарда лет назад.

Жмите кнопку «Поделиться» в соцсетях, чтобы не потерять информацию

Комментарии
Загрузка...

Здравствуйте! Мы используем куки для наилучшего представления нашего сайта. Вы видите это сообщение во исполнение нами Федерального закона от 27.07.2006 N 152-ФЗ "О персональных данных". Закрыть Читать далее