Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






ФОРМА, РОЗМІРИ ТА ВНУТРІШНЯ БУДОВА ЗЕМЛІ




Земля – планета Сонячної системи. Сонячна система складається із Сонця і 8 планет, однією з яких є Земля. Крім цього, до складу системи входять супутники планет, пояс астероїдів, комети, пил і газ. Система входить до складу Галактики і рухається навколо центру по еліптичній орбіті зі швидкістю 250 км/с, здійснюючи повний оберт за 250 млн. років (за іншими даними 200, 220, 230 млн. років). Галактика в плані має форму закрученої спіралі, всередині одної із спіральних віток розміщується Сонце, в профіль вона дископодібна.

Сонце типовий "жовтий карлик", тобто невелика зірка (в 23 рази менше середньої за величиною зірки Галактики) кулеподібної форми, складена розжареною плазмою. До складу Сонця входять в основному водень (близько 70%) і гелій (27%), на частку інших легких хімічних елементів припадає лише близько 2,5%. За деякими даними, температура в центрі Сонця досягає 501056 К. Висока температура підтримується термоядерними процесами в його надрах. Температура на поверхні Сонця становить близько 6000 0С. Крім цього воно володіє потужним магнітним полем. Зовнішня частина сонячної атмосфери це так звана сонячна корона, з якої вириваються потоки заряджених частинок, с о н я ч н и й в і т е р. Останній досягає до найбільш віддалених ділянок системи.

Планети в напрямі від Сонця розташовуються в такому порядку: Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун і Плутон. Всі планети рухаються навколо Сонця в одному напрямку по орбітах близьких до кругових і практично в одній площині площині екліптики. Середня швидкість руху планет по орбіті зростає з наближенням до Сонця. Так, у Меркурія вона дорівнює 47,8 км/с, у Венери 35 км/с, в Землі 29,7 км/с, у Марса 24,1 км/с. З віддаленням від Сонця зростають відстані між сусідніми орбітами планет. Земля віддалена від Сонця на 49,5 млн.км, крайньою планетою Сонячної системи донедавна вважався Плутон віддалений на 5929 млн.км. Планети обертаються навколо своїх осей в напрямку, що співпадає з напрямком обертання Сонця, але з різними швидкостями.

Земля здійснює повний оберт навколо осі за 23 год.56хв.6с, період обертання Меркурію біля 59 земних діб, Венера обертається за 17 земних діб і Марс (як виняток із загального правила, у напрямі зворотньому до руху інших планет) володіє періодом обертання близьким до земного 24год. 37,4хв.

Планети ділять на внутрішн і (або планети земного типу) і зовнішні. До перших відносяться Меркурій, Венера, Земля і Марс, які мають порівняно невеликі розміри, високу щільність і невисокі швидкості обертання навколо своїх осей.

Зовнішні планети (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун) характеризуються значними розмірами, низькою щільністю і високими швидкостями обертання (наприклад 9 год.50хв. у Юпітера).

Деякі з планет мають природні супутники: у Землі Місяць, у Марса Фобос і Деймос, у Юпітера число супутників досягає 7 (Ганімед, Європа, Калісто, Іо тощо), у Сатурна на 2007 рік їх виявлена кількість сягнула 60 (найбільші з них Титан, Япет, Янус, Рея, Мімас, Феба, Гіперіон та ін.).

Єдиний супутник Землі Місяць віддалений від неї на 384400 км. Він має кулеподібну форму, дещо витягнуту в сторону Землі, діаметр 3476 км, і масу в 81 раз меншу від маси Землі. Період обертання Місяця навколо своє ї осі (29,5 земних діб) рівний періодові обертання навколо Землі, тому він повернутий до нас завжди одним боком. Місяць повністю позбавлений атмосфери і тому температура його поверхні цілком пов'язана з сонячним випромінюванням, вона коливається від +1150С на освітленій стороні до -355оС на затемненій. На поверхні Місяця неозброєним оком чітко виділяються світлі і темні плями. Світлі ділянки Місяця відповідають так званим місячним плоскогір'ям і горам, складеним головним чином анортозитами, породами з великою кількістю польових шпатів, темні місячним морям, тобто плоским рівнинам, складеним базальтами. Значну роль в рельєфі Місяця відіграють кратери, утворені як внаслідок бомбардування його поверхні метеоритами, так і вулканічними виверженнями.

Між орбітами Марса і Юпітера знаходиться поле астероїдів тобто малих планет з діаметром до 767 км (Церера), в основному ж значно дрібніших. Кількість відкритих на даний час астероїдів досягає 2000. Більшість астероїдів рухаються по кругових орбітах в тому ж напрямку, що і планети. Астероїди мають неправильну форму і, за деякими гіпотезами, представляють собою уламки десятої планети Сонячної системи Фаетона, яка зруйнувалася з невідомих причин. Деякі з астероїдів час від часу сходять зі своїх орбіт і захоплюються гравітаційними полями планет земної групи, при цьому найбільші з них досягають поверхні планет (метеорити), інші згоряють у верхніх шарах атмосфери (метеори), викликаючи яскраві спалахи.

Складовими частинами Сонячної системи є також такі специфічні утворення як комети. Комети складаються із замерзлого кам'яного матеріалу та газів (аміаку, метану, водню тощо). Рухаючись по витягнутих еліптичних орбітах, вони то наближаються до Сонця, то виходять за межі Сонячної системи. При наближенні до Сонця утворюють "хвіст", (завдовжки інколи в мільйони кілометрів), складений продуктами випаровування кометного матеріалу.

Форма і розміри Землі. Перші припущення про форму Землі висловлювали ще древні греки. Наукові докази кулеподібності нашої планети приведені в працях Арістотеля, який пояснював природу місячних затемнень тінню, яку відкидає на Місяць Земля. У ХVІІІ ст. англійський фізик І.Ньютон показав, що внаслідок сумісної дії сил гравітації та відцентрових сил, що виникають при обертанні планети, вона повинна бути сплюснутою біля полюсів.

Тепер встановлено, що полярний радіус менший від екваторіального на 21,38 км (Rп =6356,78 км, Rе =6378,16 км). Така фігура Землі дістала назву еліпсоїда обертання, або сфероїда.

У подальшому, з появою більш точних методик вимірювання, встановили, що Земля дещо сплюснута і по екватору. Ця величина виявилась невеликою різниця між найбільшим і найменшим радіусами Землі на екваторі 213 м. Звідси виходить, що Земля є трьохосним еліпсоїдом з подвійним (полярним і екваторіальним) сплющенням.

В даний час фігурою найбільш близькою до істинної форми Землі вважається геоїд. Поверхня геоїда співпадає з поверхнею води у Світовому океані, подумки проведеною і під материками, причому сила тяжіння в будь якій точці геоїда повинна бути направлена перпендикулярно до його поверхні. Поверхня геоїда, як правило, не співпадає ні з рельєфом Землі, ні з поверхнею еліпсоїда. Відхилення поверхні геоїда від еліпсоїда місцями досягають _+.(100...150)м і пов'язані з нерівномірним розподілом мас в тілі Землі. Найбільш понижені ділянки геоїда відносно поверхні еліпсоїда розміщені в Індійському океані, а максимальне перевищення відмічається в Атлантичному океані.

Площа земного геоїда складає біля 510 млн. км2, об'єм 1,083*1012 км3, радіус кулі, рівновеликої геоїду 371 км. Довжина кола земного меридіана 40008км, довжина екватора 40076 км.

Внутрішня будова і фізичні властивості Землі. Сучасні уявлення про внутрішню будову Землі одержані з допомогою геофізичних методів, головним чином, сейсмічного. Останній ґрунтується на вивченні швидкостей поширення в надрах Землі пружних коливань, які виникають під час землетрусів і штучних вибухів. Хвилі, які поширюються від гіпоцентрів – центрів природних або штучних землетрусів, розділяються на поздовжні і поперечні. Поздовжні хвилі поширюються в твердому і рідкому середовищах, поперечні лише в твердому. Швидкість поширення пружних коливань залежить від щільності порід, в яких вони поширюють ся вона зростає із збільшенням щільності. Поздовжні хвилі мають швидкість поширення 8 тис. м/с, поперечні – 4 тис. м/с.

Сейсмічним методом всередині Землі виділені декілька концентричних оболонок або г е о с ф е р, яким присвоєні букви латинського алфавіту.

Земна кора верхня тверда оболонка Землі. Має різну потужність і будову під континентами та океанами, в зв'язку з чим розрізняються два типи кори: континентальний та океанічний. Кора континентів характеризується середніми потужностями в 35-40 км, типовими для рівнинних територій платформ, максимальні значення потужностей фіксуються в високогірних районах (більше 70 км під Гімалаями). В будові кори виділяють три шари (зверху вниз): осадовий, гранітно-метаморфічний і базальтовий.

Осадовий шар складений породами, що утворились шляхом осадження з вод морів, озер, річок. Найбільш типовими з них є пісковики, вапняки, глини, мергелі тощо. Потужність шару, як правило, не перевищує 10..15 км, а швидкість поширення поздовжніх хвиль 1,5..5 км/с. Нижче залягає гранітнометаморфічний шар, складений породами з високим вмістом кремнекислоти (граніти), утвореними шляхом кристалізації з магми і породами, які сформувалися з осадових та магматичних порід під впливом високих температур і тисків (гнейси, кристалічні сланці і ін.). Потужність шару 10...20 км, швидкість поздовжніх хвиль в ньому 5,5...6,2 км/с. Підошву шару називають поверхнею Конрада, за прізвищем австрійського геолога, який встановив у 1925 році.

Поверхня Конрада відділяє гранітно-метаморфічний шар від базальтового, що залягає нижче. Базальтовий шар складений в основному продуктами вулканічних вивержень базальтами та метаморфічними породами амфіболітами. Потужність його може досягати 40 км.

Для будови океанічної кори характерні менші потужності (в середньому 5...10 км) і також трьохшарова структура. Верхній осадовий шар складений пухкими глибоководними осадками потужністю найчастіше в декілька сотень метрів. Другий шар базальтовий, потужністю до 3 км. Третій шар, складений основними і ультраосновними породами (габро, перидотитами, серпентинітами.

Океанічна кора характерна для ложа Світового океану. Зчленування двох основних типів кори відбувається по різному. Для узбереж Атлантичного, Індійського, Північного Льодовитого океанів характерне поступове виклинювання гранітно метаморфічного шару в межах континентального схилу. У цьому випадку океанічна кора контактує з континентальною по підніжжю континентального схилу. Такий тип перехідних зон називається атлантичним. Зовсім іншу картину можна спостерігати на східному узбережжі Тихого океану. Тут виділяють перехідні типи кори субконтинентальний і субокеанічний. Субконтинентальний тип кори відрізняється від континентального меншою потужністю і нечітко вираженою поверхнею Конрада. Потужність кори 20-30 км (осадовий шар сотні метрів, гранітно-метаморфічний шар до 10 км, базальтовий 10..15 км).Таку будову має кора острівних дуг (Курильської, Алеутської і ін.).

Субокеанічний тип кори має потужність до 25 км. Особливістю кори цього типу є підвищена потужність осадового шару до 5 км. Характерний для глибоководних котловин окраїнних шарів (Охотське, Японське) та для деяких внутрішніх морів (Чорне, Середземне).

Нижньою межею земної кори під континентами і океанами вважається поверхня Мохоровича (скорочено, Мохо, або М), названа за іменем хорватського геофізика, який у 1909 р. встановив на ній зміну швидкості поширення сейсмічних хвиль. Нижче залягає мантія, розділена на верхню, середню та нижню.

Верхня мантія простягається до глибини біля 410 км (за іншими даними до 50 км) і характеризується в цілому зростанням швидкості поширення поздовжніх сейсмічних хвиль з глибиною від 7,9 до 9 км/с. Однак, в межах верхньої мантії виявлений шар непостійної потужності, в якому знижується швидкість поширення поперечних хвиль. Вважається, що речовина в цьому шарі знаходиться в стані часткового розплавлення, володіє пониженою в'язкістю, пластичністю. Шар називається астеносферою (або шаром Гутенберга, за прізвищем американського геофізика Б.Гутенберга). Астеносфера відіграє вирішальну роль в тектонічних процесах земної кори, тут фіксуються осередки глибокофокусних землетрусів, проходить зародження магматичних розплавів, які з появою сприятливих умов, вторгаються в товщу земної кори.

Земна кора разом з надастеносферним шаром верхньої мантії складають літосферу ("кам'яну оболонку") Землі, єдиний жорсткий шар, який ніби "плаває" в пластичній астеносфері. Вважається, що верхня мантія складена темними щільними породами можливо перидотитами, дунітами, еклогітами.

Середня мантія (шар Голіцина, за прізвищем російського геофізика) простягається до глибини 1000 км. Швидкість поздовжніх хвиль тут 91,4 км/с, за складом вона принципово не відрізняється від верхньої..

Нижня мантія має потужність майже 1,9 тис.км до 2900 км. Тут спостерігається поступове зростання значень сейсмічних хвиль в шарі Д' (до 3,6 км/с для поздовжніх коливань) і деяке зниження швидкостей в шарі Д''. Межа між мантією і ядром носить назву поверхні Віхерта Г у т е н б е р г а. Нижче розміщується я д р о Землі, розділене на зовнішнє (шар Е) і внутрішнє (шар G). У зовнішнє ядро не проходять поперечні хвилі, у зв'язку з чим припускають, що речовина у ньому знаходиться в розплавлено рідкому стані. Нижня межа його 4980 км. Внутрішнє ядро займає серцевину Землі і має радіус 250 км. Воно пропускає поздовжні (11,4 км/с) і поперечні хвилі, тому вважають, що речовина знаходиться тут в твердому стані, очевидно, близькому до розплаву. Ядро володіє електропровідністю, що на думку деяких дослідників може вказувати на металізований або плазмений стан його речовини. Щодо мінерального складу ядра існують дві версії згідно з першою ядро залізо-нікелеве, за другою воно силікатне, як і мантія.

Навколо Землі існує поле тяжіння, обумовлене масою. Поле називається гравітаційним. Дослідженнями встановлено його неоднорідність на поверхні планети. На фоні загальної закономірності спостерігаються численні відхилення гравітаційні аномалії, які бувають додатними та від'ємними. Додатні аномалії фіксуються над ділянками, де на глибині залягають породи зі щільністю більшою ніж в оточуючих порід, від'ємні над ділянками, складеними легкими породами.

Земля володіє дипольним магнітним полем, на що вказав ще в 1600 році англієць У.Гільберт. Магнітне поле простягається на віддаль до 93 тис. км від поверхні Землі. Магнітні полюси розміщуються поблизу географічних, але не співпадають з ними. Північний магнітний полюс розміщений в Антарктиді, поблизу Південного Географічного, а Південний поблизу Північної Гренландії біля Північного Географічного, тому північний кінець магнітної стрілки приблизно вказує на північ, а південний на південь. Кут між віссю диполя і віссю обертання Землі становить приблизно 110. Вважається, що виникнення магнітного поля обумовлене дією електричних струмів, що виникають при обертанні Землі і пов'язані з конвективними рухами речовини у рідкому зовнішньому ядрі. Характерною особливістю магнітного поля Землі є його мінливість в часі. Встановлено, що залізовмісні мінерали (ферамагнетики) мають властивість фіксувати орієнтацію магнітного поля на час їхнього утворення.

Теплове поле Землі визначається в основному двома джерелами: сонячним теплом і теплом, яке генерується в надрах планети і виноситься до поверхні тепловим потоком. Сонячне тепло визначає температуру лише верхніх частин земної кори, на глибину, що не перевищує перших десятків метрів до так званого нейтрального шару, або поясу постійних температур. Температура цього поясу відповідає середньорічній для даної місцевості, а глибина залежить від географічного положення території, і знаходиться на глибині 27-33 м. Нижче нейтрального шару спостерігається поступовий ріст температури з глибиною, який характеризується такими величинами як геотермічний градієнт і геотермічний ступінь.

Геотермічний градієнт показує зміну температури на одиницю глибини, в середньому для Землі він рівний 30С на кожні 100 м.

Геотермічний ступінь це інтервал глибини, в якому температура змінюється на 50С, середня його величина складає 33 м.

Вказані величини градієнта та ступеня характерні лише для верхніх частин земної кори, з глибиною градієнт, очевидно, падає, а ступінь зростає.

 

ПОХОДЖЕННЯ ЗЕМЛІ

Питання походження Землі і Сонячної системи хвилювало вчених ще з глибокої давнини, однак перші наукові спроби пояснення проблеми відносяться лише до ХVІІІ ст. Відомий радянський вчений, полярник О.Ю.Шмідт згрупував всі запропоновані гіпотези у три класи.

До першого класу відносяться гіпотези, які виходять із постулату про утворення Сонця та планет з єдиного матеріалу (туманності). Це відомі гіпотези Канта Лапласа, Фесенкова, Войткевича, недавно запропоновані уявлення Рудника і Соботовича та ін.

Другий клас об'єднує гіпотези, згідно з якими планети виникли з речовини Сонця (гіпотези Бюффона, Мультона і Чемберліна, Джінса, Джеффріса, Крата і ін.). І, нарешті, до третього класу входять гіпотези, які не об'єднують Сонце та планети спільністю походження. Найбільш відомою є гіпотеза Шмідта. Зупинимось коротко на характеристиці гіпотез кожного класу.

В 1755 році німецький філософ І.Кант висловлює думку, що первісний Всесвіт складався з нерухомих пиловидних частинок різної щільності. Сили гравітації спричинили їхній рух, співударяння однієї з одною і налипання їх одна на одну (акреція), утворення центрального розжареного згустка Сонця. Подальші зіткнення частинок призвели до обертання Сонця і разом з ним пилової хмари. В пиловій хмарі поступово утворювались окремі згустки речовини зародки майбутніх планет, навкруги яких за подібною схемою сформувалися супутники. Утворена таким шляхом Земля на початку свого існування уявлялась холодною.

Французький астроном і математик П.Лаплас запропонував дещо відмінний варіант. Сонячна система, на його думку, утворилась із розжареної газової∙ туманності з центральним згустком, яка оберталася і стискалася під дією всесвітнього тяжіння. При подальшому охолодженні швидкість обертання туманності зростала і по периферії від неї∙ відшаровувалися кільця, котрі в свою чергу розпадались на згущення майбутні планети. Планети на початковій стадії являли собою розжарені газові кулі, які поступово охолоджувалися і затверділи.

Гіпотеза Канта Лапласа була панівною в космогонії аж до початку ХХ ст. і зіграла прогресивну роль, служачи основою природничих наук, в тому числі і геології. Головним недоліком гіпотези стала неспроможність пояснити розподіл всередині Сонячної системи моменту кількості руху (МКР). МКР визначається як добуток маси тіла на віддаль від центру системи і швидкість його обертання. Дійсно, виходячи з факту, що Сонце володіє більше 90% всієї маси Сонячної системи, воно повинно мати і найвищий МКР. Насправді ж, Сонце володіє лише 2% загального МКР, планети ж, особливо планети гіганти рештою 98%.

Вказане протиріччя спробував пояснити радянський вчений В.Г.Фесенков (1960). Згідно з його гіпотезою, Сонце і планети утворилися внаслідок ущільнення гігантської туманності "глобули". Туманність була дуже розрідженою матерією, складеною в основному з водню, гелію і невеликої кількості важких елементів. Під дією сили гравітації в центральній частині (глобули) виникло зіркоподібне згущення Сонце, яке швидко оберталося Внаслідок еволюції сонячної речовини в оточуюче його газово пилове середовище із Сонця час від часу спостерігалися викиди матерії. Це призводило до втрати Сонцем частини своєю маси і передачі утворюваним планетам значної частини МКР. Формування планети проходило 0 шляхом акреції речовини туманності.

Американські дослідники геолог Т.Чемберлін і астроном Ф.Мультон на початку нашого століття запропонували подібні гіпотези, згідно з якими планети утворилися з речовини газових віток спіралей, "витягнутих" із Сонця зіркою, що пройшла на досить близькій віддалі від нього. Ними було введено в космогонію поняття "п л а н е т е з и м а л і", тобто згустки зконденсованою з газів первісної речовини, які стали ембріонами планет та астероїдів. Англійський астрофізик Д.Джінс (1919) припустив, що при зближенні із Сонцем іншої зірки з останнього відірвався сигароподібний виступ, який в подальшому розпався на окремі згустки, причому з середньої потовщеної∙ частини "сигари" утворились крупні планети, а по її краях дрібні.

Оригінальну гіпотезу висунув у 1944 році радянський дослідник О.Ю.Шмідт, учні якого в наступні роки дали фізико математичне обґрунтування. Це так звана метеоритна гіпотеза. В гіпотезі проблема утворення Сонця не розглядається. Згідно з положеннями, Сонце на одній із стадій свого розвитку захопило холодну газово пилову (метеоритну) хмару. До цього Сонце володіло дуже малим МКР, хмара ж оберталася зі значною швидкістю.

В сильному гравітаційному полі Сонця почалася диференціація метеоритної хмари за масою, щільністю і розмірами. Частина метеоритного матеріалу потрапила на Сонце, інша, внаслідок процесів акреції утворювала згустки зародки планет і їх супутників. Значна роль в гіпотезі відводиться дії "сонячного вітру" тиску сонячного випромінювання яке відкидало легкі газові компоненти на периферію системи. Утворена таким чином Земля була холодним тілом, подальший розігрів зв'язується з радіогенним теплом, гравітаційною диференціацією та іншими джерелами внутрішньої енергії планети. Великим недоліком гіпотези дослідники вважають дуже низьку імовірність захоплення Сонцем подібної метеоритної хмари.

Прикладом гіпотез, які з'явились в літературі останнім часом, можуть служити уявлення В.Рудника і Е.Соботовича (1984). Згідно з цими уявленнями, ініціатором процесів в газово пиловій туманності міг послужити близький вибух "наднової" зірки. Під дією вибуху почався стиск туманності і утворення центрального згустка Сонця. В подальшому проходила передача електромагнітним чи турбулентно-конвективним шляхом МКР від Сонця планетам, утворення кілець, подібних як у Сатурна, акреція матеріалу кілець спочатку в планетезималі, а потім в планети. Вся еволюція проходила дуже швидко на протязі біля 600 млн. років.

Існують різні точки зору стосовно послідовності формування внутрішніх частин планети. Згідно з однією із них, Земля спочатку являла собою не відсортований конгломерат залізо-силікатної речовини, в подальшому внаслідок гравітації відбулось розділення на залізне ядро і силікатну мантію гомогенна акреція. Прихильники гетерогенної акреції вважають, що спочатку акумулювалось тугоплавке залізне ядро, потім на нього налипали більш легкоплавкі силікатні частинки.

 






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных