Земля

Земля.

Земля — это третья по удаленности от Солнца планета. Она движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, большая полуось которой, (то есть среднее расстояние между центрами Земли и Солнца) в астрономии принята в качестве единицы длины (астрономическая единица) для измерения расстояний между небесными телами в пределах Солнечной системы. Расстояние от Земли до Солнца в различных точках орбиты неодинаковое, в перигелии (3 января) оно приблизительно на 2,5 млн.км. меньше, а в афемии (3 июля) — на столько же больше среднего расстояния, составляющего 149,6 млн.км.

В процессе движения нашей планеты по орбите (со скоростью около 30 км/ч)вокруг солнца плоскость земного экватора, наклоненная к плоскости орбиты на угол 23О27', перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к солнцу своим Северным полушарием, а в других — Южным. Согласно современным космогоническим представлением, Земля образовалась 4,6 млрд. Лет назад путем гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газопылевого вещества, содержавшего все известные в природе химические элементы.

Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (361 млн км2 или 71%) суша составляет 149 млн км2 (29%). Средняя глубина Мирового океана — 3900 м. Существование осадочных пород, возраст которых (по данным радиоизотопного анализа) превосходит 3,7 млрд. лет, служит доказательством существования на земном шаре обширных водоемов уже в ту далекую эпоху. На современных континентах наиболее распространены равнины, главным образом низменные, а горы — в особенности высокие занимают незначительную часть поверхности планеты, так же как и глубоко водные впадины на дне океанов.

Форма Земли, как известно, близкая к шарообразной, при детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать ее ровной поверхностью океана (не искаженного приливами, ветрами и течениями) и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли. Такая поверхность была названа геоидом. Геоид (с точностью порядка сотен метров) совпадает с эллипсоидом вращения, экваториальный радиус которого 6378,140 км, а полярный радиус на 21,385 км меньше экваториального, т. е. 6356,755 км. Разница этих радиусов возникла за счет центробежной силы, создаваемой суточным вращением Земли.

Суточное вращение земного шара происходит с практически постоянной угловой скоростью с периодом 23 ч. 56 мин. 4,1 с. Т. е. за одни сутки больше, чем солнечных. Ось суточного вращения Земли направлена своим концом (северным) приблизительно на звезду альфа Малой Медведицы, Которая поэтому называется Полярной звездой.

Одна из особенностей Земли как планеты — ее магнитное поле, благодаря которому мы можем пользоваться компасом. Под действием исходящего от солнца течения плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает шлейф в направлении от солнца, который простирается на сотни тысяч километров.

Наша планета окружена обширной атмосферой. Основными газами, входящими в состав нижних слоев атмосферы Земли являются азот (78%), кислород (21%) и аргон (1%). Других газов в атмосфере планеты очень мало, например углекислого газа около 0,03%.

Атмосферное давление на уровне поверхности океана составляет при нормальных условиях приблизительно 0,1 МПа. Полагают, что земная атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогатилась кислородом и приобрела современный состав в результате длительного химического взаимодействия с горными породами и при участии биосферы, т. е. растительных и живых организмов.

Масса Земли была найдена из экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести (на экваторе ускорение силы тяжести равно 9,8 м/с2). Для массы Земли получено значение 6×10 24 кг, что соответствует средней плотности вещества 5,51 г/см2. Определено, что средняя плотность минералов на поверхности Земли приблизительно вдвое меньше средней плотности Земли. Из этого следует, что плотность вещества в центральных частях планеты вышесредней для всей Земли. Полученный из наблюдений момент инерции Земли, который сильно зависит от распределения плотности вещества вдоль радиуса планеты, свидетельствует также о значительном увеличении плотности от поверхности к центру.

Поток тепла из недр, различный в различных участках поверхности Земли, в среднем близок к 1,6×10−6 кал х см-2 х с-1, что соответствует суммарному выходу энергии 1028 эрг в год.

Мы живем на дне воздушного океана — атмосферы. Столб воздуха над одним квадратным сантиметром земной поверхности имеет массу 1 кг, а масса всей атмосферы равна 5,16×1021 г. Физические свойства атмосферы меняются как по вертикали так и по горизонтали. Изменяется от места к месту и с высотой — температура, давление, плотность, состав и электрические свойства воздуха, скорость и направление ветра и т. п.

Особенно существенно свойства атмосферы меняются с высотой, Поэтому, основываясь на характере изменения тех или иных параметров атмосферы с высотой, ее делят на концентрические слои По составу атмосферу делят на гомосферу и гетеросферу .При рассмотрении электрических свойств атмосферы выделяют ионосферу — слой, в котором воздух сильно ионизирован. Наиболее распространено деление атмосферы по характеру изменения температуры с высотой. При этом выделяют тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу (Рис. 2.).

Переходные области между этими слоями называются соответственно тропопаузой, стратопаузой и мезопаузой.

Тропосфера — это прилегающая к земной.

поверхности область, в которой температура.

более или менее равномерно уменьшается.

с высотой. Средняя скорость паления температуры.

в тропосфере составляет 6,5 О на 1 км.

Верхней границей тропосферы является тропопауза.

толщиной в среднем 1 -2 км.

В тропосфере заключено свыше 80% массы.

атмосферы и практически весь водяной пар. В ней.

протекают физические процессы которые, обуславливают.

ту или иную погоду. В тропосфере осуществляется все.

превращения водяного пара. В ней образуются облака.

и формируются осадки. Температура в тропосфере сильно.

меняется от места к месту и во времени. Однако она почти.

всегда уменьшается при движении от экватора к полюсам.

Стратосфера характеризуется постоянством или ростом температуры с высотой и исключительной сухостью воздуха. Верхняя граница стратосферы — стратопауза — расположена в среднем на высотах 50−55 км. Температура остается более или менее постоянной с высотой лишь в нижней части стратосферы. Выше 25 км 0−10 градусов Цельсия. Несмотря на сухость воздуха, в высоких широтах на высоте 22−27 км иногда возникают очень тонкие перламутровые облака. Их можно заметить лишь в сумерки когда они освещены солнцем, находящиеся под горизонтом. Погоды в общепринятом смысле в стратосфере нет.

Мезосфера — слой, лежащий над стратосферой и характеризующийся падением температуры с высотой. Верхняя граница мезосферы — мезопауза совпадает с минимум температуры и расположена на высоте около 85 км. Из-за падения температуры с высотой в мезосфере возможны конвективные движения. На реальность таких движений указывает наличие серебристых облаков, которые иногда наблюдаются под метопаузой. Они, как и перламутровые очень тонки и видны лишь после захода Солнца.

Термосфера лежит над мезопаузой. Температура в ней быстро растет от — 90ОС на высоте около 90 км. До 1000 — 2000ОС на высоте 400 км. Выше 400 км температура почти не меняется с высотой. Температура и плотность воздуха очень сильно зависят от времени суток и года. С высотой зависимость увеличивается. С помощью искусственных спутников было установлено, что плотность воздуха днем больше, чем ночью: на высоте 200 км. В 1,5 — 2 раза, на высоте 600 км в 6−8 раз. Это объясняется резким ростом температуры термосферы от ночи ко дню. Температура и плотность воздуха в термосфере сильно зависят от солнечной активности. В годы максимума ее температура и плотность значительно выше, чем в годы минимума.

На основе всего комплекса современных научных данных построена модель внутреннего строения Земли. Твердую оболочку земного шара называют литосферой. Верхний слой литосферы — это земная кора, минералы которой состоят преимущественно из оксидов кремния и алюминия, окислов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35−65 км на континентах и 6−8 под дном океанов. Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний — из базальтов. Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровича, В ней Скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн.

На глубине 120 -150 км под материками и 60- 4- км. Под океанами залегает слой мантии, называемый астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянии, вязкость его сильно понижена. Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км. «Упаковка» атомов в кристаллах минералов уплотнена под влиянием большого давления. Резкий переход обнаружен сейсмическими методами исследований на глубине около 2920 км. Выше этой отметки плотность вещества составляет 5560 кг/м3, а ниже ее 10 080 кг/м3.

Здесь начинается Земное ядро, или точнее внешнее ядро, так, как в его центре находится еще одно — внутреннее ядро, радиус которого 1250 км. Внешнее ядро, очевидно находится в жидком состоянии, с которым связывают происхождение магнитного поля; внутреннее ядро, по-видимому, твердое. У нижней границы мантии давление достигает 130 ГПа, температура там не выше 5000 К. В центре Земли температура, возможно поднимается до 10 000 К.

Луна — ближайшее к Земле небесное тело, естественный спутник нашей планеты. Она обращается вокруг Земли на расстоянии около 400 тыс. Км. т. е. всего 30 поперечников земного шара. Диаметр Луны лишь в 4 раза меньше Земного, он равен 3476 км. В отличие от сжатой у полюсов Земли, Луна по форме гораздо ближе к правильному шару. Темный шар Луны виден на небосклоне лишь благодаря отраженному свету. Внешний вид Луны зависит от взаимного расположения Солнца, Земли и Луны. За 29,5 суток — период возвращения Луны в первоначальное положение относительно Земли и Солнца — он претерпевает полный цикл изменений — смену лунных фаз.

Если смотреть со стороны Северного полюса, Луна, как и все планеты и спутники Солнечной системы, обращается вокруг Земли в направлении против часовой стрелки. За один оборот вокруг Земли она затрачивает 27,3 сут. Время одного оборота ее вокруг оси. Поэтому Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Предполагают, что в ранние периоды своей истории Луна вращалась вокруг оси несколько быстрее и, следовательно, поворачивалась к Земле разными частями своей поверхности. Но из-за близости массивной Земли в твердом теле Луны возникали значительные приливные волны. Они действовали на быстро вращающуюся Луну. Процесс торможения продолжался до тех пор, пока она не оказалась постоянно повернутой к Земле только одной стороной. В общей сложности с Земли можно увидеть 59% лунной поверхности.

Первая карта обратной стороны Луны и первый полный лунный глобус были составлены уже в ХХ в советскими астрономами: 7 октября 1959 года советская межпланетная станция «Луна — 3», совершив облет Луны, сфотографировала ее обратную сторону. Это были первые телефотографии, переданные из космического пространства. По предложению советских астрономов Международный астрономический союз поместил на первую карту обратной стороны Луны 18 названий вновь открытых образований. Появились на Луне Море Москвы, кратеры Герц, Курчатов, Ломоносов, Максвелл, Менделеев, Попов, Складовская — Кюри, Циолковский и др.

Космические полеты к Луне обусловили бурное развитие исследований в области геологии, геохимии и геофизики этого небесного тела. Луна стала одним из тех небесных тел, изучение которого помогает ученым лучше понять особенности строение планеты Земля, на которой мы живем. 20 июня 1969 г. На Луну впервые высадился человек.

Что же представляет собой наш спутник? В недрах Луны выделяют различные по свойствам ядро, мантию и кору. В мантии Луны залегают очаги лунотрясений, частота которых регулярно изменяется в зависимости от положения Луны на орбите по отношению к Земле. Луна полностью лишена воды; названия «моря», «мысы», «заливы» сохраняются на лунных картах только по традиции. Лунные моря совершенно сухи и представляют собой обширные, залитые некогда базальтовой лавой, низины. Об этом говорят поднимающиеся местами среди морей гребни кольцевых валов — следы кратеров, погребенных под лавовыми потоками. Лунные моря вкраплены в материки, которые сложены горными породами, претерпевшими долгую и сложную эволюцию.

В отдельных местах лунной поверхности наблюдаются кратковременные истечения газов. Однако Луна в целом лишена атмосферы, и ветры, которые разрушают горные породы на Земле, на Луне отсутствуют. Вместе с тем из-за отсутствия атмосферы бесчисленные следы лунной поверхности оставляют метеориты. Поэтому Вся ее поверхность на несколько метров вглубь, словно ватным одеялом, укрыта слоем мелкого раздробленного вещества, образующего как бы слежавшуюся губчатую массу — реголит.

Реголит служит прекрасным термоизолятором. Вообще колебания температуры на поверхности Луны очень велики. На экваторе они составляют + 130ОС в лунный полдень, до — 170 ОС ночью. Однако благодаря слою реголита указанные перепады температур распространяются до глубины всего в несколько десятков сантиметров. Ниже температура лунных пород остается постоянной.

Масса Луны всего в 81,3 раза меньше массы Земли и равна 7,25×1025 г. Это ставит Луну на совершенно особое место среди спутников всех других планет, которые меньше своих хозяев по крайней мере в тысячи раз. В следствии этого ученые склонны рассматривать систему ЗемляЛуна как уникальную «двойную планету».

Средняя плотность Луны составляет 3,34 г/см3, а сила тяжести на поверхности Луны в 6 раз меньше, чем на Земле, т. е. 1,62 м/с2. Специальные астрологические исследования показали, что у Луны нет естественных спутников.