Что у земли внутри? внутреннее строение и состав нашей планеты

Формирование и эволюция

В 18-м веке человечество пришло к выводу, что наша планета земной группы, как и вся Солнечная система, появилась из туманного облака. То есть, 4.6 миллиардов лет назад наша система напоминала околозвездный диск, представленный газом, льдом и пылью. Потом большая часть приближалась к центру и под давлением трансформировалась в Солнце. Остальные частички создали известные нам планеты.

Первозданная Земля появилась 4.54 миллиардов лет назад. С самого начала она была расплавлена из-за вулканов и частых столкновений с другими объектами. Но 4-2.5 миллиардах лет назад появилась твердая кора и тектонические плиты. Дегазация и вулканы создали первую атмосферу, а лед, прибывший на кометах, сформировал океаны.

Эволюция Солнечной системы

Поверхностный слой не оставался застывшим, поэтому континенты сходились и раздвигались. Примерно 750 миллионов лет назад самый первый суперконтинент начал расходиться. 600-540 миллионов лет назад был создан Паннотии, а последний (Пангея) развалился 180 миллионов лет назад.

Современная картинка создалась 40 миллионов лет назад и закрепилась 2.58 миллионов лет назад. Сейчас длится последний ледниковый период, начавшийся 10000 лет назад.

Полагают, что первые намеки на жизнь на Земле возникли 4 миллиарда лет назад (архейский эон). Из-за химических реакций появились самореплицирующиеся молекулы. Фотосинтез создал молекулярный кислород, который вместе с ультрафиолетовыми лучами сформировал первый озоновый слой.

Дальше уже стали появляться различные многоклеточные организмы. Микробная жизнь возникла 3.7-3.48 миллиардов лет назад. 750-580 миллионов лет назад большая часть планеты покрылась ледниками. Активное размножение организмов запустилось во время Камбрийского взрыва.

С того момента (535 миллионов лет назад) история насчитывает 5 крупных событий вымираний. Последнее (смерть динозавров от метеорита) произошло 66 миллионов лет назад.

На смену им пришли новые виды. Африканское обезьяноподобное животное встало на задние лапы и освободило передние конечности. Это стимулировало мозг применять различные инструменты. Дальше мы знаем о развитии сельскохозяйственных культур, социализации и прочих механизмах, которые привели нас к современному человеку.

Структура и характеристики ядра

Путь к знаниям долгий и тернистый, но плоды их сладки. На сегодняшний день достоверно известны следующие физические характеристики ядра Земли:

Температура ядра Земли в центральной точке может доходить до 6000 градусов Цельсия — это столько же, как на поверхности Солнца! Но в отличие от светила, энергией глубины питают не ядерные реакции, а гравитация. Точнее, ее сжатие — давление в ядре превышает атмосферное в 3,5 миллиона раз, достигая отметки в 360 гигапаскаль. Хотя процессы атомного распада в глубинах Земли происходят, их вклад не столь большой. Да и без громадного сжатия они были бы вялотекущими и не столь продуктивными.

Классические основные сферы Земли

  • Ядро Земли достигает 7000 километров в поперечнике — это больше не только Луны, но и Марса! Оно занимает не так много места внутри нашей планеты — около 15% объема — но зато его масса в 1,932 × 1024 килограмм составляет 30% от всей массы Земли.
  • Оказывается, что разные слои ядра вращаются в разные стороны. Сегодня считается, что внешнее жидкое ядро вращается вокруг своей оси с востока на запад, а внутреннее — с запада на восток, при этом еще и быстрее Земли. Впрочем, разница не очень значительная — за год оно опережает планету всего на четверть градуса

Кроме того, новейшие исследования говорят о том, что внутри внутреннего ядра Земли лежит еще одно — «самое» внутреннее ядро, которое вращается вообще по другой оси. Давайте рассмотрим его и другие составляющие земного ядра подробнее.

Внешнее ядро

Самый первый слой ядра, который непосредственно контактирует с мантией — это внешнее ядро. Его верхняя граница находится на глубине 2,3 тысячи километров под уровнем моря, а нижняя — на глубине 2900 километров. По составу оно ничем не отличается от нижележащих оболочек — давления гравитации попросту недостаточно для того, чтобы раскаленный металл затвердел. Зато его жидкое состояние является главным козырем Земли в сравнении с другими внутренними планетами Солнечной системы.

Как работает геодинамо

Дело в том, что именно жидкая часть ядра ответственна за возникновение магнитного поля Земли. Как наверняка известно читателю, магнитосфера служит щитом планеты против заряженных частиц открытого космоса и солнечного ветра. Они даже более опасны, чем излучение — частицы способны вывести из строя не только живые организмы, но и электронику. Биологи считают, что именно активное магнитное поле стало залогом выживания первобытных одноклеточных существ.

Как именно генерируется магнитное поле? Его порождает вращение жидкого железа и никеля в ядре. Магнитные свойства металлов тут ни при чем — это исключительно динамический эффект. А еще внешнее ядро подогревает мантию — причем в отдельных местах настолько сильно, что восходящие потоки магмы достигают даже поверхности, вызывая извержения вулканов.

Добавить комментарий Отменить ответ

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 × 1024 кг.

Состав ядра

О составе ядра существуют лишь косвенные данные, полученные различными путями. По-видимому, из доступных материалов наиболее близки по составу к земному ядру железные метеориты, которые представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут дать точное представление о веществе земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит, при других физико-химических условиях.

С другой стороны, сейсмические исследования дают точный размер ядра, а из данных гравиметрии известна его плотность, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 5—10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты. Среди вероятных кандидатов: сера, кислород, кремний, углерод, фосфор, водород.

Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических и космохимических соображений. Если каким-либо образом рассчитать первичный состав Земли и вычислить, какая доля элементов находится в других геосферах, то тем самым можно построить оценки состава ядра. Большую помощь в таких вычислениях оказывают высокотемпературные и высокобарические эксперименты по распределению элементов между расплавленным железом и силикатными фазами.

Химический состав ядра
Источник Si, wt.% Fe, wt.% Ni, wt.% S, wt.% O, wt.% Mn, ppm Cr, ppm Co,ppm P, ppm
7.35 79.39+-2 4.87+-0,3 2.30+-0,2 4.10+-0,5 5820 7790 2530 3690
6.0 85.5 5.20 1.90 ~0 300 9000 2500 2000

В апреле 2015 года ученые из Оксфордского университета предложили теорию, согласно которой содержание урана в ядре Земли на несколько миллиардных долей выше, чем предполагалось ранее. Подобное заявление привело к распространению в СМИ громких заметок о якобы открытии у Земли уранового ядра.

Ядро Земли

Ядро Земли

Наконец, под мантией находится сердце Земли — ее ядро, имеющее в диаметре около 6400 километров. Казалось бы, что изолированное от солнечного тепла ядро должно быть холоднее, чем Северный и Южный полюса вместе взятые. Но это далеко не так. Наоборот, это область немыслимого жара с температурой от 2200 до 3300 градусов Цельсия. Кора настолько раскалена, что ее наружный слой состоит из расплавленного металла. Вообразите себе расплавленный от жара склад, полный железных сковородок, и вы получите представление о том, как выглядит земное ядро: жидкое расплавленное железо с примесью кислорода и серы. При вращении Земли в железном ядре возникают вихревые электрические токи.

Ядро Земли очень плотное, так как, стиснутое сверху всей массой планеты, оно находится под огромным давлением. Ученые предполагают, что из-за столь высокого давления ядро Земли, точнее его центр, состоит из твердого вещества. Несмотря на высокую температуру (выше, чем в плавильной печи), давление там настолько высокое, что частицы вещества плотно прижаты друг к другу и просто не могут никуда течь. Шар в центре земного ядра размером с  3/4 Луны, окруженный со всех сторон расплавленным железом —  это планета внутри планеты.

Как измерить длину окружности Земли

Чтобы измерить окружность земли по экватору, существуют специальные приборы и космические спутники. Но, применяя знания по геометрии, получают данные без сложных инструментов. Впервые такую работу выполнил ученый Древней Греции Эратосфен.

Согласно преданиям, путешественники сообщили ему, что в день летнего солнцестояния они наблюдали, как освещалось дно самых глубоких колодцев, а предметы не отбрасывали тени. Солнце стояло в зените. Это происходило в 500 милях южнее Александрии, в Сиене. Астроном знал, что в родном городе предметы отбрасывают тень, а солнце не заглядывает на дно глубоких колодцев.

Угол 7° — это приблизительно ⅟50 часть замкнутой окружности, которая всегда имеет 360°. Астроном продолжил вычисления дальше. Он умножил расстояние до Сиены на 50. Получилась длина окружности Земли — 25000 миль. Современные исследования показали, что ученый не сильно ошибался: экваториальная окружность планеты равна 24894 мили или 40075 км.

Погрешность Эратосфена объясняется не примитивностью расчетов, которыми он пользовался. Этот способ точный, применяется и сегодня, только с более совершенными инструментами. Ученый не знал точного расстояния между городами. Оно в те времена измерялось количеством дней, проведенных караваном в пути.

Вторая причина неточности — Александрия и Сиена расположены на разных меридианах. Сегодня рассчитывают окружность между объектами, которые находятся на одном меридиане.

Измерение окружности Земли по Эратосфену. Credit: kipmu.ru.

Как образовалась столь сложная структура Земли?

Предполагается, что Земля образовалась из множества протопланет, которые из-за силы тяжести постепенно притягивались друг к другу. Сначала она была полностью жидкой. При этом в ней проходили характерные для жидкости процессы – более тяжелые элементы погружались глубже, а более легкие поднимались на поверхность. Так за примерно 10 млн лет образовалось железное ядро Земли. Существует версия, что раньше там находилось значительно больше радиоактивных металлов, но они распались со временем. После окончания активной фазы планетообразования Земля начала медленно остывать, в результате чего верхний слой отвердел, и образовалась земная кора.

Что это за планета

Сатурн классифицируется учеными как «газовый гигант». Это ставит его в один ряд с другими планетами, такими как:

  • Уран;
  • Юпитер;
  • Нептун.

Планеты и звезда

Ядро планеты состоит изо льда, никеля и железа. Сверху оно покрыто оболочкой из металлического водорода. Основные составляющие самого верхнего слоя – это аммиак, водород, метан. Атмосфера производит спокойное впечатление. Обычно она выглядит совершенно однородной.

Сатурн по традиции назван в честь древнеримского бога. В греческой мифологии его фигура соответствует Кроносу, отцу Зевса. Первоначально это божество покровительствовало земледелию. Впоследствии оно стало являть собой персонификацию времени.

Земля и планеты со спутниками

Чтобы стать верховным богом, Хронос оскопил своего отца Урана. Страх оказаться в той же ситуации вновь, но на этот раз в роли побежденного, заставил его пожирать своих новорожденных детей.

У Сатурна множество спутников. Из 150 только 53 имеют собственные названия, утвержденные официально. Самый маленький из его внутренних спутников – это Мимас. Его диаметр составляет 396 км. От него до Сатурна простилается значительная средняя дистанция в 185,539 км. Поэтому его полный проход по орбите длится 0,9 суток.

Минимальное и максимальное расстояние между орбитами

Глубинное тепло

Весной 2001 года Алессандро Форте из университета Западного Онтарио и Джерри Митровица из университета Tоронто в Канаде представили собственную модель, согласно которой огромные потоки горячей породы (плюмы) размером с континент, медленно поднимающиеся из глубоких земных недр, являются истинной движущей силой для дрейфа континентов, землетрясений, извержений вулканов и даже изменений климата. Первым толчком для создания этой модели послужили изображения внутренней структуры Земли, полученные с помощью сейсмической томографии (многолучевого просвечивания Земли сейсмическими волнами от большого числа землетрясений, принимаемых сетью сейсмостанций).

Удивительные изображения мантии, от подошвы земной коры до границы «мантияядро», показывали, что на окраинах Тихого океана, глубоко под его дном, имеются две обширные дугообразные области, где скорости сейсмических волн увеличиваются, а под центральной частью Атлантического океана и под Африкой имеются две такие же огромные струеобразные области, в которых скорости сейсмических волн уменьшаются. Так как окраины Тихого океана являются зонами, где холодные плотные части тектонических плит опускаются в Землю, «быстрые» зоны четко отметили эти области, где плиты тяжелой материи опущены в Землю в направлении ее ядра.

Согласно общепринятому мнению «медленные» области являются просто огромными инертными вкраплениями, которые остались, по существу, неизменными с момента формирования Земли. Но Форте и Митровица доказали, что эти выделяющиеся особенности в действительности поднимаются к поверхности, подобно баллонам с горячим воздухом. Для обоснования своей модели они использовали результаты многочисленных исследований: от небольших вариаций вращения Земли и гравитационного поля до драматических прогибов континентальных областей, таких как Южная Африка, которая теперь находится на 1 000 м выше, чем Северная. Согласно их гипотезе твердая Земля «вспенивается» своеобразным 4-поршневым тепловым двигателем (с двумя огромными опускающимися холодными плитами и с двумя такими же огромными поднимающимися горячими потоками), который, собственно, и передвигает континенты, и «управляет» землетрясениями, и даже влияет на изменения климата.

И хотя ученым предстоит еще немало поработать, чтобы выведать все тайны земных недр, уже теперь мы знаем, что наша планета активна и динамична, что она изменялась и развивалась с момента своего образования и до сих пор не обнаруживает признаков спокойствия.

Работа для неразлучных

Очень важные сведения о Земле дают измерения силы тяжести в различных точках земного шара, а также измерения силы и направления ее магнитного поля. Ученые полагают, что анализ гравитационных полей поможет понять, как идет процесс восстановления планеты после ледникового периода, а также причины повышения уровня Мирового океана. Для сбора максимально точных данных о гравитационном поле два абсолютно идентичных спутника были выведены в 2002 году на совершенно одинаковые орбиты на высоте 500 км над Землей. Расстояние между ними составляет 220 км. Во время движения над поверхностью Земли спутники испытывают влияние гравитации, то ускоряющей, то замедляющей их движение. Предполагается, что полученные таким образом данные будут в 1 000 раз точнее современных. Когда расстояние между аппаратами немного меняется, изменения фиксируют микроволновым дальномером с точностью до тысячных долей миллиметра. Спутники GRACE будут нести свою службу в течение 5 лет. Кроме сбора данных о гравитационном поле Земли в их задачу будет входить изучение полярных областей и внутреннего строения нашей планеты.

Людмила Князева

«Литосфера. Земная кора»

Литосфера. Земная кора. 4,5 млрд. лет назад, Земля представляла собой шар, состоящий из одних газов. Постепенно тяжелые металлы, такие как железо и никель, опускались к центру и уплотнялись. Легкие породы и минералы всплывали на поверхность, охлаждались и отвердевали.

Внутреннее строение Земли.

Принято делить тело Земли на три основные части – литосферу (земную кору), мантию и ядро.

Ядро — центр Земли, средний радиус которого около 3500 км (16,2 % объема Земли). Как предполагают, состоит из железа с примесью кремния и никеля. Наружная часть ядра находится в расплавленном состоянии (5000 °С), внутренняя, по-видимому, твердая (субъядро). Перемещение вещества в ядре создает на Земле магнитное поле, защищающее планету от космического излучения.

Ядро сменяется мантией, которая простирается почти на 3000 км (83 % объема Земли). Считают, что она твердая, в то же время пластичная и раскаленная. Мантия состоит из трех слоев: слоя Голицына, слоя Гуттенберга и субстрата. Верхняя часть мантии, называемая магмой, содержит слой с пониженной вязкостью, плотностью и твердостью — астеносферу, на которой уравновешиваются участки земной поверхности. Граница между мантией и ядром называется слоем Гуттенберга.

Литосфера

Литосфера – верхняя оболочка «твердой» Земли, включающая земную кору и верхнюю часть подстилающей ее верхней мантии Земли.

Земная кора – верхняя оболочка «твердой» Земли. Мощность земной коры от 5 км (под океанами) до 75 км (под материками). Земная кора неоднородна. В ней различают 3 слоя – осадочный, гранитный, базальтовый. Гранитный и базальтовый слои названы так потому, что в них распространены горные породы, похожие по физическим свойствам на гранит и базальт.

Состав земной коры: кислород (49 %), кремний (26 %), алюминий (7 %), железо (5 %), кальций (4 %); самые распространенные минералы — полевой шпат и кварц. Граница между земной корой и мантией называется поверхностью Мохо.

Различают континентальную и океаническую земную кору. Океаническая отличается от континентальной (материковой) отсутствием гранитного слоя и значительно меньшей мощностью (от 5 до 10 км). Толщина континентальной коры на равнинах 35—45 км, в горах 70—80 км. На границе материков и океанов, в районах островов толщина земной коры составляет 15—30 км, гранитный слой выклинивается.

Положение слоев в континентальной коре свидетельствует о разном времени ее образования. Базальтовый слой является самым древним, моложе его – гранитный, а самый молодой – верхний, осадочный, развивающийся и в настоящее время. Каждый слой коры формировался в течение длительного отрезка геологического времени.

Литосферные плиты

Земная кора находится в постоянном движении. Первым гипотезу о дрейфе материков (т.е. горизонтальном движении земной коры) выдвинул в начале ХХ века А. Вегенер. На ее основе создана теория литосферных плит. Согласно этой теории, литосфера не является монолитом, а состоит из семи крупных и нескольких более мелких плит, «плавающих» на астеносфере. Пограничные области между литосферными плитами называют сейсмическими поясами — это самые «беспокойные» области планеты.

Земная кора разделяется на устойчивые и подвижные участки.

Устойчивые участки земной коры — платформы — образуются на месте геосинклиналей, потерявших подвижность. Платформа состоит из кристаллического фундамента и осадочного чехла. В зависимости от возраста фундамента выделяют древние (докембрийские) и молодые (палеозойские, мезозойские) платформы. В основании всех материков лежат древние платформы.

Подвижные, сильно расчлененные участки земной поверхности называются геосинклиналями (складчатыми областями). В их развитии выделяют два этапа: на первом этапе земная кора испытывает опускания, происходит накопление осадочных горных пород и их метаморфизация. Затем начинается поднятие земной коры, горные породы сминаются в складки. На Земле было несколько эпох интенсивных горообразований: байкальская, каледонская, герцинская, мезозойская, кайнозойская. В соответствии с этим выделяют различные области складчатости.

Распространение и возраст платформ и геосинклиналей показывается на тектонической карте (карте строения земной коры).

Конспект урока «Литосфера. Земная кора». Следующая тема «Горные породы».

Сколько времени нужно, чтобы обойти вокруг Земли пешком

Окружность Земли по экватору в километрах давно рассчитана учеными. Исходя из установленной протяженности, можно узнать сколько времени потребуется, чтобы пройти это расстояние пешком.

Чтобы определить эту величину следует провести простые расчеты:

  • Если идти по этому маршруту без остановок со скоростью 5 км/ч, то понадобится порядка 8000 ч. или почти 1 год. (40075/5=8015/24=333).
  • Если предположить, что поверхность планеты гладкая (без воды и гор) и человек будет передвигаться со скоростью 6 км/час, то дорога займет около 9-10 мес. (40075/6=6680/24=278 суток). В каждом месяце в среднем 30 дней, и значит: 278/30=9,3. В действительности невозможно идти все время без перерывов. В целях безопасности путешественник должен проходить в сутки не более 6 ч. Это значительно увеличивает необходимое для похода время. (6680/6=1113 дн.). Учитывая, что в году 365 дней то понадобится 3 г и 18 суток.

Изучение Земли

Еще с древних времен люди изучали горные породы, обнаженные естественным путем. Обрывы и склоны гор, крутые берега рек и морей… Здесь воочию можно наблюдать коренные породы, существовавшие, наверное, миллионы лет назад. А в некоторых подходящих местах пробуриваются скважины. Одна из самых глубоких таких – на Кольском полуострове. Ее глубина – пятнадцать тысяч метров. Шахты, которые люди прорывают для добычи полезных ископаемых, также помогают изучать внутреннее строение Земли. Ядро, конечно же, они «достать» не могут. Но зато из этих шахт и скважин ученые могут извлекать образцы породы, узнавая таким способом об их изменении и происхождении, строении и составах. Минус этих методов в том, что они способны исследовать только сушу и только верхнюю часть коры Земли.

Страны вдоль экватора

Экваториальная линия проходит через 13 стран. Если начинать с нулевого меридиана и передвигаться на восток, то список выглядит так:

  1. Принсипи и Сан-Томе представляет собой островное государство у африканских берегов. Экватор проходит через входящий в его состав о-в Ролаш. В этом месте установили стелу, указывающую на столь уникальное расположение.
  2. Габон делится опоясывающей планету линией практически пополам, но здесь мало используют этот фактор. В зоне деления полушарий нет каких-либо указателей и поселений.
  3. Республика Конго отмечена густой тропической растительностью, где и проходит условная черта. В этих местах отсутствуют какие-либо таблички с информацией. Лишь в г. Макуа установлен маленький остов глобуса на полуразваленном постаменте.
  4. Демократическая республика Конго. Памятные знаки стоят в г. Мбандака, а также в местах пересечения меридиана с реками и магистралями.
  5. Уганда. Поблизости озера Виктория в г. Кайябу сооружен известный туристический комплекс в форме 2-х колец, где отмечена экваториальная линия.
  6. Кения. Здесь активно используют фактор пересечения страны с экватором, что обусловлено развитым туризмом.
  7. Сомали. Разделительная линия пролегает в южной части государства. В настоящее время в этих землях существует нестабильная обстановка и нищета, и поэтому отсутствуют какие-либо знаки, указывающие на эту достопримечательность.
  8. Мальдивы. Граница полушарий проходит по морской глади между атоллами.
  9. Индонезия. Меридиан пересекает 3 больших индонезийских острова и порядка 10 маленьких островков.
  10. Кирибати. Условный рубеж Южного и Северного полушарий тянется по морю.
  11. Эквадор. Свое название получил от слова «экватор». Здесь высится его самая высокая точка (4,7 тыс. м) на склоне г. Каямбе. Только в этом месте на «поясе» Земли можно наблюдать снег.
  12. Колумбия. Условная линия сечения земной поверхности тянется на юге государства, в зоне непролазных джунглей. Р. Апополис 3 раза пересекает эту естественную полосу.
  13. Бразилия. Меридиан проходит в северном и западном регионе страны. Во многих местах стоят мемориальные знаки.

Ускорение свободного падения на поверхности Земли

Из школьной программы мы знаем, что это ускорение тела при свободном падении (движение в пространстве, где на тело воздействует сила тяжести).

Хотя поверхность Земли имеет упомянутое ускорение как постоянную величину 9,81 м/с2, она действительна для широты 45,50 над уровнем моря. Понятно, что это среднее значение, которое допустимо применять для решения несложных задач. Однако для точных расчётов определённого места следует учитывать время, широту и высоту над уровнем моря. В таком случае можно получить максимально приближенное к реальности значение ускорения свободного падения.

Ускорение свободного падения у поверхности Земли

Стоит отметить, что в результате вращения Земли, её форма похожа на сплюснутый эллипсоид. Точнее геоид, то есть эллипсоид с большим диаметром экватора по сравнению с диаметром полюсов.Также отметим, что при расчётах, которые связаны с вращением Земли, необходимо помнить про центробежное ускорение. Проще говоря, баланс сил всего в совокупности.

Как видно, поверхность Земли неоднозначна и неоднородна, множество факторов влияет на неё. Безусловно, её условия и свойства во многом отличаются от других планет. Именно благодаря этим отличительным качествам мы с вами и живём на нашей голубой родине.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий