Состав и строение Земли. 4
ВВЕДЕНИЕ
Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.
Чаще всего упоминается как Земля, планета Земля, мир. Единственное известное на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.
Научные данные указывают на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиарда лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет. Приблизительно 71 % поверхности планеты покрыт морской водой, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, относительно твёрдого слоя называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и внутреннее твёрдое железное ядро.
Земля
взаимодействует с другими
- ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ
Рисунок 1. Приложение 1
Земля и другие планеты солнечной системы сформировались 4,54 млрд лет назад из протопланетарного диска пыли и газа, оставшегося после формирования Солнца. Луна сформировалась позднее, вероятно, в результате касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10 % от земной (иногда этот объект называют «Тейя»). Часть массы этого тела слилась с Землёй, а часть была выброшена в околоземное пространство и образовала кольцо обломков, со временем агрегировавшееся и давшее начало Луне.
Обезгаживание и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами, привела к образованию океанов. Предположительно 4 млрд лет назад, интенсивные химические реакции привели к возникновению самовоспроизводящихся молекул, и в течение полумиллиарда лет появился «последний универсальный общий предок» (англ. Last Universal Common Ancestor).
Развитие фотосинтеза позволило живым организмам напрямую накапливать солнечную энергию. В результате в атмосфере стал накапливаться кислород, а в верхних слоях — формироваться озоновый слой. Слияние мелких клеток с более крупными привело к развитию сложных клеток — эукариотов. Настоящие многоклеточные организмы, состоящие из группы клеток, стали всё больше приспосабливаться к окружающим условиям. Благодаря поглощению губительного ультрафиолетового излучения озоновым слоем, жизнь смогла начать освоение поверхности Земли.
Поскольку
поверхность планеты постоянно
изменялась в течение сотен миллионов
лет, континенты появлялись и разрушались.
Континенты перемещались по поверхности,
порой собираясь в суперконтине
В 1960 году была выдвинута гипотеза Snowball Earth, утверждающая, что в период между 750 и 580 млн лет назад Земля была полностью покрыта льдом. Эта гипотеза объясняет кембрийский взрыв, когда резко ускорилось распространение многоклеточных форм жизни.
После кембрийского взрыва, около 535 млн лет назад, было пять массовых вымираний. Последнее массовое вымирание случилось 65 млн лет назад, когда, вероятно, падение метеорита привело к исчезновению динозавров (не птиц) и других крупных рептилий, но обошло мелких зверей, таких как млекопитающие, которые тогда напоминали землероек. В течение последних 65 миллионов лет, развилось огромное количество разнообразных видов млекопитающих, и несколько миллионов лет назад обезьяноподобные животные получили способность прямохождения. Это позволило использовать орудия и способствовало общению, которое помогало добывать пищу и стимулировало необходимость в большом мозге. Развитие земледелия, а затем цивилизации, в короткие сроки позволило людям воздействовать на Землю как никакая другая форма жизни, влиять на природу и численность других видов.
Последний ледниковый период начался примерно 40 млн лет назад, его пик приходится на плейстоцен около 3 миллионов лет назад. На фоне продолжительных и значительных изменений средней температуры земной поверхности, что может быть связано с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики (около 200 млн лет), имеют место и меньшие по амплитуде и длительности циклы похолодания и потепления, происходящие каждые 40—100 тысяч лет, имеющие явно автоколебательный характер, возможно, вызванный действием обратных связей от реакции всей биосферы, как целого, стремящейся обеспечить стабилизацию климата Земли (см. гипотезу Геи, выдвинутую Джеймсом Лавлоком (англ. James Ephraim Lovelock), а также теорию биотической регуляции, предложенную В. Г. Горшковым)
Последний
цикл оледенения в Северном полушарии
закончился около 10 тысяч лет назад.
- СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ
Рисунок 2. Приложение 1
Планета
Земля состоит из тонкой твердой
оболочки (кора толщиной 10–100 км), окруженной
мощной водной гидросферой и плотной
атмосферой. Недра Земли разделяются
на три основных области: кору, мантию
и ядро. Кора Земли представляет собою
верхнюю часть твердой оболочки Земли
толщиной от одного (под океанами) до нескольких
десятков км. (под материками). Она состоит
из осадочных слоев и хорошо известных
минералов и горных пород. Более глубокие
ее слои состоят из различных базальтов.
Под корой находится твердый силикатный
слой (предположительно из оливина), называемый
мантией, толщиной 1–3 тыс. км, он окружает
жидкую часть ядра, центральная часть
которого диаметром около 2000 км твердая.
2.1 ВНУТРЕННЕЕ
СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ
- ЗЕМНАЯ КОРА
Рисунок 3. Приложение 1
Твердая
оболочка Земли (литосфера)
неодинакова по толщине в разных частях
планеты. Под материками она составляет
35–70 км, а под океанами около 5 км. Предполагается,
что «корни» материков уходят в глубь
вязкого и частично расплавленного пограничного
слоя верхней мантии (астеносферы), подобно
айсбергам в океане, и поддерживаются
в равновесии архимедовыми силами плавучести.
Это объясняет медленное движение материков
– наиболее крупномасштабное тектоническое
явление, связанное с перемещением плит
земной коры и являющееся результатом
конвекции (перемешивания) вещества мантии.
Есть множество других проявлений активности
земной коры – поднятие одних участков,
опускание других. Столкновения континентальных
плит приводят к образованию горных цепей;
при раздвигании, наоборот, образуются
впадины и моря. Считается, что возраст
типичных молодых гор (Альпы) составляет
30 млн. лет, а Средиземного моря – около
5 млн. лет. Земная кора снизу ограничена
поверхностью Мохоровичича. Различают
континентальную кору (толщина от
35–45 км под равнинами до 70 км в области
гор) и океаническую (5–10 км). В строении
первой имеются три слоя: верхний (осадочный),
средний (условно называют гранитным),
и нижний (базальтовый); в океанической
коре гранитный слой отсутствует, а осадочный
имеет меньшую толщину. В переходной зоне
от материка к океану развивается кора
промежуточного типа (субконтинентальная
или субокеаническая). Земная кора подвержена
постоянным тектоническим движениям.
В ее строении выделяют подвижные области
(складчатые пояса) и относительно спокойные
– платформы.
- МАНТИЯ
Рисунок 4. Приложение 1
Мантия — это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами — породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору
Мантия составляет 67 % всей массы Земли и около 83 % всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5 — 70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают всё более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времен формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.
Теплоперенос
в мантии происходит путём медленной
конвекции, посредством пластической деформации минералов. Скорости
движения вещества при мантийной конвекции
составляют порядка нескольких сантиметров
в год. Эта конвекция приводит в движение
литосферные плиты (см. тектоника плит).
Конвекция в верхней мантии происходит
раздельно. Существуют модели, которые
предполагают ещё более сложную структуру
конвекции.
- ЯДРО
Рисунок 5. Приложение 1
Ядро́ Земли́ — центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2900 км. Средний радиус окружности - 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 .С, плотность около 12,5 т/м3,давление до 361 ГПа. Масса ядра — 1,932·1024 кг.
Известно о ядре очень мало — вся информация получена косвенными геофизическими или геохимическими методами, и образцы вещества ядра не доступны, и вряд ли будут получены в обозримом будущем. Однако фантасты уже несколько раз в подробностях описали путешествия к ядру Земли и несметные богатства, там таящиеся. Надежда на сокровища ядра имеет под собой некоторые основания, так как согласно современным геохимическим моделям в ядре относительно велико содержание благородных металлов и других ценных элементов.
Состав ядра непосредственно неизвестен, и может быть предположительно оценён из нескольких источников. Во-первых, видимо, наиболее близкими веществу ядра образцами являются железные метеориты, которые, представляют собой фрагменты ядер астероидов и протопланет. Однако железные метеориты не могут быть полностью эквивалентны веществу земного ядра, так как они образовались в гораздо меньших телах, а значит при других физико-химических параметрах.
С другой стороны, из данных гравиметрии известна плотность ядра, и это накладывает на его состав дополнительные ограничения. Так как плотность ядра примерно на 10 % меньше, чем плотность сплавов железо-никель, то предполагается, что ядро Земли содержит больше легких элементов, чем железные метеориты.
Наконец, состав ядра можно оценить, исходя из геохимических 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.
Таблица
1. Приложение 1. Химический состав ядра.
- . ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ
Рисунок 6. Приложение 1
Земная
поверхность очень молода. В относительно
короткий (по астрономическим стандартам)
период в 500 000 000 лет эрозия и тектонические
процессы разрушили и создали
заново большую часть поверхности
Земли, уничтожив тем самым почти
все следы ранней геологической
поверхностни (типа кратеров, появившихся
в результате столкновений). Возраст
Земли - от 4.5 до 4.6 миллиардов лет, а
возраст самых старых известных
камней - приблизительно 4 миллиарда
лет. Самые старые окаменелости живых
организмов имеют возраст меньше
чем 3.9 миллиардов лет.
На 71% Земная поверхность покрыта водой.
Земля - единственая планета, на которой
вода может существовать в жидком виде
на поверхности (хотя, возможно, на поверхности
Титана есть жидкий этан или метан и жидкая
вода под поверхностью Европы - спутника
Юпитера). Жидкая вода, как мы знаем, необходима
для жизни. Способность океанов сохранять
тепло также очень важна в поддержании
относительно устойчивой температуры
Земли. Жидкая вода также ответственна
за эрозию и выветривание континентов
Земли - процесс, уникальный в солнечной
системе сегодня (хотя, возможно, это произошло
в прошлом на Марсе).
Атмосфера Земли
Рисунок 7. Приложение 1
- более чем на 3/4 – азот (N2)
- примерно на 1/5 – кислород (О2).
Содержание
аргона, углекислого газа, паров
воды и остальных газов очень
мало
Облака, состоящие из мельчайших капелек
воды, закрывают примерно 50% поверхности
планеты.
Атмосферу нашей планеты, как и её недра, можно разделить на несколько слоёв. Здесь всё зависит от подхода. Если исходить из температуры воздуха, то атмосферу делят так, как это представлено на Рисунок 8. Приложение 1.
- Самый нижний и плотный слой называется тропосферой. Здесь находятся облака.
- Метеоры зажигаются в мезосфере.
- Полярные сияния и множество орбит искусственных спутников - обитатели термосферы. Там же парят призрачные серебристые облака.
Земная
атмосфера, благодаря присутствию
небольшого озонового слоя (О3),
нейтрализует опасное для жизни коротковолновое
солнечное и космическое излучение.
Из-за содержащегося в атмосфере углекислого
газа (СО2) на нашей планете имеет
место парниковый эффект. Он проявляется
не так сильно, как на Венере, но всё же
поднимает среднюю температуру на Земле
с теоретических –23°С до +15°С.
Действуя подобно хорошей одежде, атмосфера
оберегает земную поверхность и от температурных
перепадов. В отсутствие атмосферы в некоторых
точках Земли температура в течение суток
колебалась бы между +160°С и –100°С (именно
это происходит на Луне). Значение атмосферы
для всего живого неизмеримо велико.
Во многом благодаря тому, что наша планета
достаточно массивна для того, чтобы удержать
возле себя атмосферу, состоящую сейчас,
в основном, из тяжелых молекул азота и
кислорода, на Земле смогла возникнуть
жизнь. По самым свежим данным, это произошло
3,85 миллиарда лет тому назад, где-то через
700 млн. лет после образования самой планеты.
Давление атмосферы на Земле таково, что
при разных температурах вода может находится
на нашей планете в жидком, твердом и газообразном
состояниях. Благодаря жидкой фазе (самой
активной) на Земле более быстро проходят
многие химические реакции – вода прекрасный
катализатор. Это обстоятельство также
сыграло немалую роль в образовании и
развитии жизни на Земле.
Магнитное поле Земли
Одна из особенностей Земли как планеты - ее магнитное поле, благодаря которому мы можем пользоваться компасом. Магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом, а находится в пункте с координатами приблизительно 76o с.ш. 101o з.д. Магнитный полюс, расположенный в южном полушарии Земли, имеет координаты 66o ю.ш. и 140o в.д. (в Антарктиде).Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстоит от него на 430 км. Магнитное поле Земли несимметрично. 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. Полюса нашей планеты постоянно находятся в движении.
Как
было сказано ранее, внешнее ядро
нашей планеты жидкое и металлическое.
Металл - проводящее ток вещество, и
если бы существовали в жидком ядре
постоянные течения, то соответствующий
электрический ток создавал бы магнитное
поле. Благодаря вращению Земли, такие
течения в ядре существуют. Земля
в некотором приближении
В
идеальном и гипотетическом предположении,
в котором Земля была бы одинока
в космическом пространстве, силовые
линии магнитного поля планеты располагались
бы таким же образом, как и силовые
линии обычного магнита из школьного
учебника физики, т.е. в виде симметричных
дуг протянувшихся от южного магнитного
полюса к северному. Плотность линий
(напряженность магнитного поля) падала
бы с удалением от планеты. На деле,
магнитное поле Земли находится
во взаимодействии с магнитными полями
Солнца, планет и потоков заряженных
частиц, испускаемых в изобилии Солнцем.
Если влиянием самого Солнца и тем
более планет из-за удаленности можно
пренебречь, то с потоками частиц, иначе
- солнечным ветром, так не поступишь.
Солнечный ветер представляет собою
потоки мчащихся со скоростью около
500 км/с частиц, испускаемых солнечной
атмосферой. Такие потоки зараждают
сильное магнитное поле, которое
и взаимодействует с полем
Земли, сильно деформируя его, как это
представлено на рисунке. Благодаря
своему магнитному полю, Земля удерживает
в так называемых радиационных поясах
захваченные частицы солнечного
ветра, не позволяя им проходить в
атмосферу Земли и тем более
к поверхности. При взаимодействии
упоминавшихся полей образуется
граница (очерченная область в зеленых
тонах), по одну сторону которой находится
возмущенное (подвергшееся изменениям
из-за внешних влияний) магнитное
поле частиц солнечного ветра, по другую
- возмущенное поле Земли. Эту границу
стоит рассматривать как предел
околоземного пространства, границу
магнитосферы и атмосферы. Вне этой
границы преобладает влияние
внешних магнитных полей. В направлении
к Солнцу магнитосфера Земли сплюснута
под натиском солнечного ветра и
простирается всего до 10 радиусов планеты.
В противоположном направлении
имеет место вытянутость до 1 000
радиусов Земли.
2.3.ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЗЕМЛИ
Рисунок 9. Приложение 1
Что наиболее важно для геологов, исследующих нашу планету? Конечно, знание самых общих законов, определяющих поведение вещества как на поверхности, в земной коре, так и в глубинах земного шара. Геолог не может искать вслепую. Он заранее должен знать, где он может найти железо, где - уран, где - фосфор, углерод (алмазы) и т. д. Он должен знать, какие элементы сопутствуют друг другу в земной коре, должен знать законы образования совместных месторождений различных элементов.
Периодический закон является основой самых важных, самых широких геохимических обобщений, которыми руководствуются геологи в своих поисках новых месторождений того или иного элемента. В самых сложных, самых грандиозных химических процессах, протекавших в течение сотен миллионов лет в земной коре и продолжающихся в наши дни, сходные по своему положению в периодической системе элементы обладают сходной геохимической судьбой. Это позволяет геохимикам проследить их движение в земной коре и выяснить законы, управляющие их распространением на поверхности земного шара.
Геологи
знают, например, где они должны искать
очень важные и нужные для современной
техники металлы осмий и
Мы
уже знаем, что кобальт и никель
сопутствуют в своих
Геохимическое поведение различных элементов определяется прежде всего строением внешних электронных оболочек их атомов. Те из них, которые обладают законченными внешними электронными оболочками, - благородные газы, не вступающие в химические соединения,- существуют только в земной атмосфере. Даже гелий и радон, образовавшиеся при распаде радиоактивных элементов, не только остаются плененными в горных породах, но и непрерывно поступают в атмосферу.
Элементы, расположенные в коротких периодах и в начале и в конце каждого из длинных периодов таблицы, образуют основную толщу земной коры. Это из них состоит основная масса силикатных горных пород. Элементы, стоящие в периодической системе в середине длинных периодов, образуют рудные, чаще всего сульфидные, месторождения. Многие из этих элементов встречаются и в самородном состоянии.
Периодическая
система элементов помогает геохимику
устанавливать общие
Анализ
химического и минерального состава
Земли имеет существенный теоретический
и практический интерес: он может
приоткрыть многие тайны образования
и эволюции нашей планеты и
дать ключ к более эффективному поиску
минеральных ресурсов. О среднем
составе Земли судят по веществу,
из которого состоят метеориты, так
как считается, что именно из этого
материала в свое время произошли
планеты Солнечнойсистемы, в том
числе Земля [12, 24, 27, 35 и др.]. Выделяют
каменные (97,7% всех находок), железокаменные
(1,3%) и железные (5,6%>) метеориты. Их
химический анализ позволяет предположить,
что в составе Земли
Наиболее
достоверные сведения имеются о
химическом составе самой верхней
части земной коры материков, доступной
для непосредственного
Таблица 2. Приложение1. Химический состав Земли
В 1924 г.
норвежский исследователь В.М. Гольдшмит
предложил широко используемую и
в настоящее время
- сидерофильная группа химических элементов включает в себя элементы семейства железа, платиновые металлы, а также молибден и рений (всего 11 элементов), по геохимическим особенностям близкие железу;
- литофильные элементы составляют группу из 53 элементов, составляющих основную массу минералов земной коры (литосферы): кремний, титан, цирконий, фтор, хлор, алюминий, натрий, калий, магний, кальций и т.д.;
- халькофильная группа химических элементов представлена серой, сурьмой, висмутом, мышьяком, селеном, теллуром и рядом тяжелых цветных металлов (медь и др.) - всего 19 эле-
- ментов, склонных к образованию природных сульфидов, селе-нидов, теллуридов, сульфосолей и иногда встречающихся в самородном состоянии (золото, серебро, ртуть, висмут, мышьяк и др.);
- к атмофильной группе причислены химические элементы (азот, водород, благородные газы), типичные для земной атмосферы, в составе которой они присутствуют в виде свободных атомов или молекул.

- Состав и структура АИС
- Состав и структура АРМ бухгалтера и его место в системе управления
- Состав и структура АРМ бухгалтера и его место в системе управления
- Состав и структура бухгалтерского баланса
- Состав и структура галактики
- Состав и структура Государственного бюджета РФ
- Состав и структура государственных доходов и их закрепление за бюджетами различных уровней
- Состав источников финансовых ресурсов и эффективность пользования
- Состав и строение атмосферы
- Состав и Строение Атмосферы
- Состав и строение биосферы
- Состав и строение биосферы
- Состав и строение Земли
- Состав и строение Земли