Земля — планета солнечной системы

Земля — самая большая планета земной группы планет Солнечной системы. Она образовалась 4,6 млрд. лет назад. Ее масса 5,98х10 кг, диаметр 12756 км, плотность 5510 кг/м Средняя скорость ее движения по орбите 29,765 км/с. Период обращения вокруг Солнца составляет 365,24 суток. Наклон земной оси к плоскости эклептики 66°33 Период вращения вокруг своей оси 23 часа 56 мин 4,1 секунды. Земля имеет форму близкую к эллипсоиду, она сплющена у полюсов и растянута в экваториальной зоне, ее называют геоид.

в Солнечной системе нет другой планеты, на которой мог бы выжить человек. Необходимым условием для жизни белковых тел является наличие атмосферы, которая бы позволила живым существам дышать и защищала бы планету от смертоносной коротко волновой радиации, приходящей из космоса. Положение Земли в Солнечной системе, ее размер, плотная масса явились причиной образования у нее атмосферы особого типа, единственной в своем роде, поэтому Земле такая радиация не угрожает, поскольку она поглощается в верхнем слое атмосферы озоновым поясом.

В создании атмосферы огромную роль играет масса Земли. Будь она больше, Земля, как Юпитер и Сатурн, удерживала бы часть первоначального водорода, и атмосфера ее была бы другой. Меньшая масса способствовала бы тому, что улетучились бы не только водород, но и все другие газы. Атмосфера Земли отличается низким содержанием углекислого газа и высоким содержанием молекулярного кислорода. Два фактора позволяют формировать такую атмосферу: вода океанов и морей хорошо поглощает углекислый газ, а биосфера насыщает атмосферу молекулярным кислородом, образующимся в процессе фотосинтеза.

Определенное расстояние Земли от Солнца позволяет создать ту температуру, что необходима для существования белковых тел. Ближайшие соседи Земли уже не могут поддерживать подобную температуру: на Марсе, который расположен дальше от Солнца, чем Земля, отмечены очень холодные ночи, а на Венере, расположенной ближе к Солнцу, зарегистрирована температура +485 °С.

На Земле активно протекают тектонические процессы, что считают признаком жизнедеятельности планеты, ее развития, так как именно при землетрясениях и извержении вулканов происходит активный обмен веществом н энергией между недрами н поверхностью планеты, в ходе, которого формируются м поддерживаются атмосфера, гидросфера и господствующие типы рельефа поверхности. Рельеф земной поверхности в целом характеризуется глобальной асимметрией двух полушарий северного и южного. Одно из них представляет собой гигантское пространство, заполненное Водой, — океаны, В другом полушарии сосредоточены поднятия коры, образующие континенты.

Современный, знакомый нам сложившийся рельеф нашей Планеты не всегда был таким. Палеомагнитные исследования (данные об остаточной намагниченности пород различного возраста с раз личных континентов) свидетельствуют о том, что в ходе геологической истории Земли континенты испытывали значительные смещения относительно Магнитных полюсов и расположение континентов существенно менялось. Полагают, что 600 млн. лет на зад на Земле было несколько подвижных континентальных плит, весьма похожих на современные. Благодаря перемещению континентов произошло объединение их в единый суперконтинент, ориентированный в субмеридианном направлении, который был назван Пангея. Спустя 200—ЗОО млн. лет Пангея начала распадаться на части, что привело сначала к образованию континентов Гондваны и Лавразии, а затем из них сформировались современные материки.

Современная наука о Земле, объясняющая динамику процессов в земной коре, строит свои знания, опираясь на теорию неомобилизма, то есть теорию дрейфа континентов, которая основывается на тектонике литосферных плит. Согласно этой теории считается, что верхний слой земной коры (литосфера) состоит примерно из пятнадцати жестких плит, из них 6—7 являются крупными, которые могут сталкиваться, погружаться друг под друга и на двигаться одна на другую. Эти плиты плавают, медленно скользя и перемещаясь горизонтально, на горячем, пластичном слое мантии нашей планеты — астеносфере. Вместе с плитами могут перемещаться и континенты. Именно по этому механизму поверхность Земли приводится в состояние, близкое к гидростатическому равновесию.

Возникновение теории неомобилизма связано с открытием в 60-х годах ХХ столетия на дне Мирового океана цепи срединных горных хребтов, тянущихся на десятки тысяч километров. Рельеф океанического дна оказался отличным от континентального рельефа. Вдоль центральных частей срединно-океанических хребтов протянулись разломы, так называемые рифтовые зоны, через которые из мантии на поверхность в виде мощных потоков выходят свежие массы вещества. Они раздвигают кору, формируя ее в процессе непрерывного обновления. Однако, если новые участки поверхности наращиваются вдоль хребтов, а площадь поверхности Земли практически не изменилась за время ее существования, значит, должны быть зоны уничтожения поверхности. Такие зоны существуют. Это зоны субдукции — глубоководные океанические желоба, где океаническая кора погружается под одну из островных дуг (например, Курильскую, Марианскую дугу) или под край континента (например, пластина земной коры с Японскими остро вами устойчиво мигрирует в сторону Китайской платформы и пододвигается под нее). Эти зоны характеризуются повышенной сейсмической и вулканической деятельностью. Таким образом, близ срединно-океанических хребтов литосферные плиты наращиваются за счет вещества, поднимающегося из недр, и расходятся в стороны. В глубоководных желобах одна плита пододвигается на другую и поглощается мантией. Там же, где плиты сталкиваются между собой, возникают складчатые сооружения. Расслоение недр Земли по плотности рождает своего рода течения в мантии. Эти течения и заставляют дрейфовать глобальные плиты с выступающими из Мирового океана континентами. дно Мирового океана, считавшееся всегда нейтральным в геологическом отношении, оказалось живым, разделяющим жизнь материков.

По этой модели предполагается, что через несколько сот миллионов лет может возникнуть новый континент из Азии к Северной и Южной Америки. Атлантический океан будет при этом расширяться, а Тихий океан закроется из-за субдукции Восточно-Тихоокеанского спредингового центра.

Земля, в отличие от других планет Солнечной системы, имеет сильное магнитное поле, что связано с особенностями ее геологического строения. Благодаря зондированию недр Земли сейсмическими волнами удалось установить, что она имеет оболочечное строение и дифференцированный химический состав. Различают три главных, концентрически расположенные области: кора, мантия и ядро. Ядро и мантия в свою очередь подразделяются на дополнительные оболочки, различающиеся физико-химическими свойствами. Каждая из оболочек Земли представляет собой открытую систему, обладающую определенной автономией и своими внутренними законами развития, но при этом они тесно взаимодействуют друг с другом.

Ядро занимает центральную область земного геоида и разделяется на две части. Внутреннее ядро находится в твердом состоянии на глубине 5120—6371 км, оно окружено внешним ядром, пре бывающим в жидкой фазе, с глубинами 2920—4980 км. Между внутренним и внешним ядрами нет четкой границы, их разделяет переходная зона на глубинах 4980—5120 км. Предполагают, что внутреннее ядро состоит из железа (80%) и никеля (20%), что идентично составу железных метеоритов. Этот сплав при давлении земных недр должен иметь температуру порядка 4500 °С. Внешнее же ядро содержит железо (52%) и жидкую смесь твердых веществ, образуемую железом и серой (48%). Температура плавления такой смеси оценивается примерно равной 3200°С.

С жидким состоянием внешнего ядра связывают представления о природе земного магнетизма, полагая, что магнитное поле Земли зарождается в глубинах планеты. Магнитное поле Земли изменчиво. Из года в год меняется положение магнитных полюсов. Убедительные эксперименты показали, что на протяжении последних 80 млн. лет имело место не только изменение напряженности поля, но и многократное систематическое перемагничивание, в результате которого северный и южный магнитные полюса Земли менялись местами. В периоды смены полюсов наступали моменты полного исчезновения магнитного поля. Предполагают, что причиной этого явления является масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси.

Плотность и химический состав мантии, по данным сейсмических волн, резко отличается от соответствующих характеристик ядра. Мантию образуют различные силикаты — соединения, основу которых составляет кремний. Мантия имеет сложное строение, она подразделяется на верхнюю, среднюю, а нижнюю части. На глубинах около 100—300 км выделяется слой астеносферы, перед которого формируются очаги глубокофокусных землетрясений, Глубина мантии достигает 1000—2700 км, а переходный слой между мантией и ядром лежит на глубине 2700—2920 км.

Земная кора — это верхний слой твердой оболочки Земли, отделенный от нижележащих слоев так называемой поверхностью Мохоровича (по фамилии сербского сейсмолога, открывшего ее в 1909 г.), при переходе к которой от мантии происходит изменение химического состава и скачкообразно изменяется скорость распространения упругих волн. Средняя мощность земной коры 35 км, под океанами она составляет около б км, а под материками достигает 60 км. Земная кора, образующая верхнюю часть литосферы, слагается в основном из восьми химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, магния, натрия, калия. Половина всей массы коры приходится на кислород, который содержится в ней в связанных состояниях, в основном в виде оксидов металлов. Геологические особенности коры определяются совместными действиями на нее атмосферы, гидросферы и биосферы — этих трех самых внешних оболочек плане ты. Состав коры и внешних оболочек непрерывно обновляется. Так, благодаря выветриванию и сносу, вещество континентальной поверхности полностью обновляется за 80—100 млн. лет. Убыль вещества континентов восполняется вековыми поднятиями их из коры. Жизнедеятельность бактерий и животных сопровождается полной сменой содержащейся в атмосфере углекислоты за 6—7 лет, а кислорода — за 4000 лет. Вся масса воды гидросферы (1 ,4х1 018 т) целиком обновляется за 10 млн. лет.

Самые верхние оболочки гидросфера и атмосфера возникли на ранней стадии формирования планеты и сыграли огромную роль в развитии жизни на Земле. Они отличаются по массе и химическому составу от других оболочек Земли.

По поводу возникновения атмосферы ученые выдвигают две гипотезы. Согласно первой гипотезе, атмосфера — газообразная выплавка первичного материала, когда-то покрывавшего расплавленную Землю. Большинство ученых придерживаются второй гипотезы, которая утверждает, что атмосфера является вторичным образованием, возникшим при освобождении газообразных химических элементов и соединений из расплавленного вещества.

Источником газообразных веществ, из которых состояла первичная атмосфера, были расплавленные горные породы земной коры, мантии и ядра. Это говорит о том, что атмосфера возникла уже после того, как Земля разделилась на оболочки. Крупнейший американский геохимик Г. Юри предполагает, что такая атмосфера могла состоять из смеси водяного пара, водорода, метана, аммиака и сернистого водорода. Английский геохимик П. Клауд считает, что в ранней атмосфере преобладали пары воды, углекислый газ, угарный газ, хлористый водород, водород и сера. Следовательно, в любом случае первичная атмосфера состояла из легких газов, которые удерживались у земной поверхности силами притяжения. Если сравнить древнейшую атмосферу с современной, то в ней отсутствовали привычные нам азот и кислород. Эти газы вместе с парами воды находились тогда в глубоких недрах Земли. Мало в то время было и воды: она в виде гидроксидов входила в состав мантийного вещества. Только после того как из пород верхней мантии стали интенсивно высвобождаться водяной пар и различные газы, возникла гидросфера, а толщина атмосферы и ее состав изменились. Кстати, эти процессы продолжаются до сих пор. При извержении вулканов гавайского типа при температурах 1000—1200 ‘С в газообразных выбросах содержится до 80% паров воды и не менее 6% углекислого газа. Кроме того, в современную атмосферу выбрасывается большое количество хлора, метана, аммиака, фтора, бора и сероводорода. Можно себе представить, какое огромное количество газов выбрасывалось в глубокой древности во время грандиозных извержений.

Первичная атмосфера была очень агрессивной средой и действовала на горные породы как сильная кислота. да и температура ее была очень высокой. Но как только температура понизилась произошла конденсация водяного пара.

Первичная атмосфера Земли сильно отличалась от современной. Она была значительно более плотной и состояла в основном из углекислого газа. Резкое изменение состава атмосферы произошло примерно 2 млрд. лет назад и связано с зарождением жизни. Растения каменноугольного периода в истории Земли поглотили большую часть углекислого газа и насытили атмосферу кислородом. Последние 200 млн. лет состав земной атмосферы практически остается неизменным. Сегодня атмосфера Земли обладает массой примерно 5,15х1О кг, то есть меньше миллионной доли массы планеты. Вблизи поверхности она содержит 78,08% азота, 20,95% кислорода, 0,94% инертных газов, 0,03% углекислого газа и незначительное количество других газов. давление и плотность в атмосфере убывают с высотой. Половина воздуха содержится в нижних 5,6 км, а вторая половина сосредоточена до высоты 11,3 км. На высоте 95 км плотность воздуха в миллион раз меньше, чем у поверхности. На этом уровне высоты уже растет доля легких газов, и преобладающими становятся водород и гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу. Выше 1000 км находятся радиационные пояса. Их тоже можно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрами атомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты. Важную для человека часть атмосферы составляет озоносфера, содержащая очень тонкий (всего несколько см.) слой озона. Она сосредотачивается на высоте 20—25 км. Озоносфера поглощает опасное для всего живого жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, благодаря чему на Земле сформировалась и существует жизнь.

В настоящее время имеются неопровержимые доказательства существования на Земле гидросферы еще 3,8 млрд. лет назад. Свидетельством тому являются осадочные горные породы, обнаруженные в Гренландии И Южной Африке. Они образовались на дне древнейших морей.

Был ли тогда океан соленым? Каковы были размеры и глубина первичного океана? Ответить на эти вопросы очень непросто. Сегодня, рассматривая проблему состава первичного океана, ученые обычно выделяют два источника растворимых соединений. С од ной стороны, в воде растворялись атмосферные газы, а с другой — соли, входящие в состав изверженных горных пород на дне Мирового океана и его берегах, а также то, что приносилось водами с суши. Не следует также забывать, что из атмосферы в воду посту пали соединения серы, аммиак, хлористый и фтористый водород, а в воде, как известно, они образуют сильные кислоты, разъедающие горные породы на дне и берегах и извлекающие из них щелочные и щелочноземельные элементы. В результате в воде воз никли соли, и поныне содержащиеся в водах Мирового океана. Не исключено, что соленость первичного Мирового океана мало отличается от современной.

По предварительным данным средняя температура морских вод в катархее и раннем архее составляла 90—150 °С, а атмосферное давление на земной поверхности оценивается примерно в 10— 20 атмосфер. Оказалось, что в таких условиях вода не только не испаряется, но и не кипит. С течением времени в связи с изменениями состава атмосферы и ее толщины атмосферное давление стало снижаться.

Водная оболочка Земли, представляющая гидросферу покрывает более 70% поверхности Земного шара. Средняя глубина мирового океана достигает 4 км. Масса гидросферы примерно 1,46х10 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь

1/4000 от массы всей Земли. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн. тонн углекислого газа и всего лишь 8 трлн. тонн растворенного кисло рода. Предполагают что вода в виде паров, как и газы атмосферы, возникла в недрах Земли и поступила на поверхность в результате внутреннего разогрева совместно с более легкоплавкими веществами

первичной мантии в процессе вулканической деятельности, а так.. же в результате бомбардировки метеоритами поверхности Земли 4,5—4,3 млрд. лет назад.

Существует две гипотезы формирования нашей планеты:

гипотеза горячего и гипотеза холодного начального Состояния Земли. Первая говорит, что образование Земли происходило в рамках общей космогонической схемы образования планет Солнечной системы. В зоне, близкой к Солнцу, где протопланетное вещество остывало медленно и первыми начали конденсироваться наиболее тугоплавкие вещества, вначале оформилось протоядро Земли из наиболее тугоплавких металлов железа и никеля. При дальнейшем остывании облака начали конденсироваться силикаты металлов и соединения серы, которые очень быстро присоединились к ядру и стали впоследствии мантией. Когда температура облака стала почти такой, какую имеет Земля в настоящее время, стали конденсироваться более крупные молекулы и вода, а легкие газы были отброшены солнечным ветром.

Важнейшую роль в формировании Земли и ее химической эволюции сыграла радиоактивность, которая на планете была достаточно высока. Подвергаясь радиоактивному нагреву, она испытывала химическую дифференциацию, которая завершила формирование у нее внутреннего металлического ядра. От радиоактивного разогрева плавились остатки железной фазы, сохранившиеся в первичных мантиях, примесь сернистого железа облегчала это плавление. Металлическая и сульфидно-металлическая фазы стекли в центральные области и сформировали четкие границы ядер. Более легкие элементы переходили вверх, формируя химический состав литосферы. дегазация мантии при вплавлении легкоплавких фракций приводила к базальтовым расплавам, которые тоже изливались на поверхность планеты. Газовые компоненты, вырывающиеся вместе с ними, дали начало первичной атмосфере, которую Земля благодаря своей массе смогла удержать.

Вторая гипотеза холодного происхождения Земли говорит о том, что в процессе формирования Земли из частиц протопланетного облака ее масса постепенно увеличивалась. Росли силы тяготения, а следователи и скорости частиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло, и Земля все сильнее разогревалась. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а в глубине, в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевала излучаться в пространство, оставаясь в недрах земли. В результате температура на глубинах 100—1000 км приблизилась к точке плавления. Повышение температуры вызвало распад коротко живущих радиоактивных изотопов. Первые возникшие расплавы, по-видимому, представляли собой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затем вследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируя земное ядро. Таким образом, формирование Земли и ее ядра уже на начальной стадии образования происходило за счет дифференциации вещества.

В настоящее время придерживаются идеи горячего образования Земли. Однако пока не решен вопрос, была ли Земля гомогенна или гетерогенна к концу своего формирования, образовались ли ядро, мантия и кора в результате гетерогенной аккреции или же наша планета создавалась из гомогенного материала, который затем подвергался дифференциации в процессе последующей геологической истории.

Из последней гипотезы следует, что при локальном разогреве и плавлении земных пород от ударов метеоритов происходило Выделение газов и паров воды, содержавшихся в породах. Средняя температура Земли уже позволяла конденсацию воды, которая начала формирование гидросферы. Если это так, то океан и атмосфера существовали не только на протяжении истории Земли как сформировавшейся планеты, но и в течение основной фазы ее формирования. А это приводит к очень интересному заключению о том, что некоторое количество кислорода присутствовало в атмосфере Земли еще до того, как возникла па ней биосфера.

Сегодня Земля — единственная известная нам планета

Солнечной системы, на которой существует белковая жизнь.

Судя по набору химических элементов, присутствующих на Земле, она является планетой второго поколения Вселенной. Только на этой планете самоорганизация вещества достигла необычайно высокой степени развития, совершив качественный скачок к высшим формам упорядоченности.