Строение земли. 2

Оглавление.

Введение………………………………………………………………………………3  1. Строение Земли…………………………………………………………………....5 1.1. Форма, размеры и движение Земли………………………………………….....5 1.2. Внутреннее строение Земли…………………………………………………….6 2. Над поверхностью Земли………………………………………………………..10 2.1.  Глубины и высоты………………………………………………………….…10 3. История исследований…………………………………………………………...12 3.1.Начальный этап…………………………………………………………………12 3.2. Ранняя античность (6-1 вв. до н. э.)…………………………………………...12 3.3. Поздняя античность (1-2 вв.)…………………………………………………..13 3.4. Средние века (конец 8-14 вв.)…………………………………………………13 3.5. Великие географические открытия (15 —середина 17 вв.)………………….14 4. Научный этап исследования Земли……………………………………………..15 4.1. Первый период (17 —середина 19 вв.)………………………………………..15 4.2. Второй период (середина – конец 19 в.)……………………………………...16 4.3. Третий период (первая половина 20 в.)……………………………………….16 4.4. Четвертый период (вторая половина 20 в.)…………………………………...17 Заключение………………………………………………………………………….19Список литературы………………………………………………...……………….20

Введение.

Данная работа посвящена теме: Строение Земли. Цель данной работы состоит в том, чтобы дать общую характеристику строения Земли, как планеты.                                                                                                                                             Земля, как планета представляет огромный и по фигуре близкий к шару сфероид, свободно движущийся в пространстве вокруг Солнца по почти круговой орбите, называемой эклиптикою. Доказательствами обращения Земли около Солнца служат: 1) обращение около Солнца прочих планет, по величине и больших, и меньших Земли, причем Земля составляет одну из промежуточных планет между Венерою, обращающеюся ближе, и Марсом – дальше от Солнца, 2) годовой параллакс звезд, представляющий периодическое перемещение ближайших к Земле звезд на небесном своде и 3) аберрация света – время обращения Земли около Солнца (Год) составляет 365,2563 средних суток; среднее расстояние Земли от Солнца равно 148680000 км, но так как орбита ее не круг, а эллипс, эксцентриситет которого равен 0,0168, то зимою Земля приближается к Солнцу на расстояние 146190000 км, а летом, наоборот, удаляется на расстояние 151180000 км. В среднем Земля каждые сутки пробегает пространство в 2557700 км, или каждую секунду почти 29,6 км. Величина эксцентриситета, долготы перигелия и наклонности экватора к эклиптике медленно изменяются. Лишь немногие видят в Земле твердое, вполне остывшее тело; большинство ученых считает вполне доказанной высокую температуру внутренних ее частей, причем одни допускают, что весь земной шар находится в твердом состоянии; по другим – Земля представляет твердое тело, в котором в виде разобщенных бассейнов уцелели расплавленные огненно-жидкие массы; третьи полагают, что Земля состоит из твердой коры и расплавленного огненно-жидкого ядра; четвертые допускают существование твердой коры, твердого ядра и промежуточного между ними пояса; наконец, пятые доказывают, что внутренность Земли находится в газообразном состоянии. Непосредственные измерения температуры воздуха, воды и горных пород на различной глубине в рудниках и артезианских колодцах показали, что температура поверхностных горизонтов земной коры находится в непосредственной зависимости от температуры атмосферы; ниже следует пояс постоянной температуры, равной средней температуре воздуха данного места; а еще ниже всюду наблюдается возрастание температуры в глубину. В зависимости от целого ряда побочных причин в различных местах земного шара и, особенно в верхних горизонтах земной коры возрастание температуры неодинаково, но в среднем принимают возвышение температуры на 1° Ц. с углублением на 30-33 м, причем, однако, на больших глубинах температура возрастает медленнее, чем в верхних горизонтах. Основываясь на этих наблюдениях, мы должны прийти к выводу, что на известной, не особенно значительной глубине температура повысится настолько, что все известные нам горные породы будут находиться в расплавленном состоянии, и, следовательно, вся Земля представляет огненно-жидкое ядро, окруженное твердой оболочкой — земной корой. Однако против этого воззрения высказаны многочисленные возражения. Основываясь на наблюдении прецессий и нутаций, Гопкинс пришел к выводу, что внутренность Земли или совсем отвердела, или, по крайней мере, земная кора имеет толщину не менее 1/4 — 1/3 земного радиуса. К такому же выводу привели Томсона исследования над приливными волнами. Напротив, Цёпприц, основываясь на свойствах газов выше критической температуры, высказывается в пользу центрального газообразного ядра, окруженного поясом диссоциированных газов, поясом веществ, переходных от газа к жидкости, поясом огненно-жидкой магмы и, наконец, твердой земной корой. С другой стороны, признавая З. твердым телом, допуская толстую земную кору с расплавленным ядром или изолированными бассейнами, нельзя объяснить многих вулканических, геотермических и дислокационных явлений; допущение же газообразного состояния внутренности Земли не согласуется с ее значительной плотностью и обычной последовательностью охлаждения. Поэтому за последнее время приобретает все более и более сторонников, особенно среди немецких ученых, гипотеза Лазо, Рейера и др., согласно которой Земля состоит из твердого ядра и коры, разделенных промежуточным поясом — жидким, пластичным или даже вследствие значительного давления твердым, но обладающим очень высокой температурой. Конечно, и эта гипотеза представляет обширное поле для возражений, но, вместе с тем, она довольно удовлетворительно объясняет многие группы явлений и не противоречит астрономическим и физическим наблюдениям. Не выходит из области гипотетических предположений и вопрос о химическом составе внутренности Земли. Долгое время полагали, что там, в виде равномерной смеси распределены те же химические элементы и в тех же пропорциях, как в изверженных горных породах земной коры, представляющих отвердевшие отпрыски внутреннего содержимого Земли. В последнее время, однако, почти общим признанием пользуется взгляд, по которому химические элементы должны были распределиться внутри земного шара по их плотностям и что в центре должны были, поэтому сосредоточиться тяжелые металлы: золото, серебро, железо, платина, медь, свинец и др., в периферических частях — легкие силикаты, а срединный пояс, как предполагает Лазо, должен быть близок по составу к минералу оливину.

1. Строение  Земли.

Земля, третья от Солнца большая планета Солнечной системы. Благодаря своим уникальным  природным условиям, стала местом, где возникла и получила развитие органическая жизнь. Наша планета до сих пор хранит еще множество тайн. Проникнуть глубоко внутрь неё даже сегодня не так легко. Глубина современных шахт – всего лишь несколько километров. Самая глубокая скважина в мире пробурена в 1994 году в России на Кольском полуострове, её глубина – 12 262 м. Основные сведения о строении Земли, химическом составе её пород и т.п. добываются косвенными методами, в частности, при исследовании колебаний земной коры в процессе землетрясений и анализе химического состава вулканической массы.

1.1. Форма, размеры и движение Земли.

По форме Земля близка к эллипсоиду, сплюснутому у полюсов  и растянутому в экваториальной зоне. Средний радиус Земли 6371,032 км, полярный – 6356,777 км, экваториальный – 6378,160 км. Масса Земли 5,976·10²⁴ кг, средняя плотность 5518 кг/м³. Земля движется вокруг Солнца со средней скоростью 29,765 км/с по эллиптической, близкой к круговой орбите (эксцентриситет 0,0167); среднее расстояние от Солнца 149,6 млн. км, период одного обращения по орбите 365,24 солнечных суток. Вращение Земли вокруг собственной оси происходит со средней угловой скоростью 7,292115·10^-5 рад/с, что примерно соответствует периоду в 23 ч 56 мин 4,1 с. Линейная скорость поверхности Земли на экваторе – около 465 м/с. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 66° 33' 22''. Этот наклон и годовое обращение Земли вокруг Солнца обусловливают исключительно важную для климата Земли смену времен года, а собственное ее вращение – смену дня и ночи. Вращение Земли из-за приливных воздействий неуклонно (хотя и очень медленно – на 0,0015 с за столетие) замедляется. Имеются и небольшие нерегулярные вариации продолжительности суток. Положение географических полюсов меняется с периодом 434 суток с амплитудой 0,36''. Кроме того, имеются и небольшие сезонные их перемещения. Площадь поверхности Земли 510,2 млн. км², из которых примерно 70,8% приходится на Мировой океан. Его средняя глубина около 3,8 км, максимальная (Марианская впадина в Тихом океане) равна 11,022 км; объем воды 1370 млн. км³, средняя соленость 35 г/л. Суша составляет соответственно 29,2% и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем моря в среднем на 875 м; наибольшая высота (вершина Джомолунгма в Гималаях) 8848 м. Горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают около 20% поверхности суши, саванны и редколесья – около 20%, леса – около 30%, ледники – свыше 10%. Свыше 10% суши занято под сельскохозяйственными угодьями. По современным космогоническим представлениям Земля образовалась примерно 4,6-4,7 млрд. лет назад из захваченного притяжением Солнца протопланетного облака. На образование первых, наиболее древних из изученных горных пород потребовалось 100-200 млн. лет. Примерно 3,5 млрд. лет назад возникли условия, благоприятные для возникновения жизни. Homo sapiens («Человек разумный») как вид появился примерно полмиллиона лет назад, а формирование современного типа человека относят ко времени отступления первого ледника, то есть около 40 тыс. лет назад. У Земли имеется единственный спутник — Луна. Ее орбита близка к окружности с радиусом около 384400 км.

1.2. Внутреннее строение Земли.

Основную роль в исследовании внутреннего строения Земли играют сейсмические методы, основанные на исследовании распространения в ее толще упругих  волн (как продольных, так и поперечных), возникающих при сейсмических событиях — при естественных землетрясениях и в результате взрывов. На основании этих исследований Землю условно разделяют на три области: кору, мантию и ядро (в центре). Внешний слой – кора – имеет  среднюю толщину порядка 35 км. Земная кора – сокровищница разнообразных полезных ископаемых: каменного угля и нефти, газа, руд чёрных и цветных металлов, минералов и т.д. Земная кора – внешняя оболочка «твердой» Земли, ограниченная снизу поверхностью Мохоровичича. Различают континентальную кору (мощность от 35-45 км под равнинами до 70 км в складчатых областях) и океаническую. В строении континентальной земной коры имеются три слоя: верхний, сложенный осадочными горными породами, средний, условно называемый гранитным, и нижний, «базальтовый ». По-видимому, «гранитный» слой сложен гранитами и гнейсами, а «базальтовый» слой – базальтами, габбро и очень сильно метаморфизованными осадочными породами в различных соотношениях. В океанической коре «гранитный» слой отсутствует, а осадочный имеет меньшую мощность. В переходной зоне (между материками и океанами) развивается кора промежуточного типа (субконтинентальная или субокеаническая). Земная кора подвержена постоянным тектоническими движениям. В ее развитии подвижные (складчатые) области – геосинклинали – путем длительных преобразований превращаются в относительно спокойные области – платформы. Существует ряд тектонических гипотез, объясняющих процесс развития геосинклиналей и платформ, материков и океанов и причины развития земной коры в целом (см. также Новая глобальная тектоника).  Основные типы земной коры – континентальный  (материковый) и океанический; в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного типа. Толщина коры меняется в довольно широких пределах: океаническая кора (с учетом слоя воды) имеет толщину порядка 5–10 км, тогда как толщина материковой коры в десятки раз больше. Поверхностные отложения занимают слой толщиной около 2 км. Под ними находится гранитный слой (на континентах его толщина 20 км), а ниже - примерно 14-километровый (и на континентах, и в океанах) базальтовый слой (нижняя кора). Средние плотности составляют: 2,6 г/см³ – у поверхности Земли, 2,67 г/см³ – у гранита, 2,85 г/см³ – у базальта. На глубину примерно от 35 до 2885 км простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровича, или «Мохо»), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см³. Мантия Земли - оболочка «твердой» Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Составляет 83% объема Земли (без атмосферы) и 67% ее массы. Верхняя граница проходит на глубине от 5-10 до 70 км по Мохоровичича поверхности, нижняя — на глубине 2900 км по границе с ядром Земли. Мохоровичича поверхность, граница раздела между земной корой и мантией Земли; выявлена в 1909 югославским сейсмологом А. Мохоровичичем (1857-1936). Скорость продольных сейсмических волн при переходе через поверхность Мохоровичича возрастает скачком с 6,7-7,6 до 7,9-8,2 км/с, а плотность с 2,9-3,0 до 3,1-3,5 т/м³. Предполагают, что мантия Земли в основном сложена оливином и делится на верхнюю мантию толщиной ок. 900 км и нижнюю — ок. 2000 км; благодаря высокому давлению – от 1 до 136 ГПа вещество мантии Земли, по-видимому, находится в твердом кристаллическом состоянии (за исключением астеносферы, где оно, возможно, аморфно). Температура в мантии, по-видимому, не превышает 2000-2500 °С. С процессами в мантии Земли связаны тектонические движения, магматизм, вулканизм и др. В коре и (частично) в мантии располагаются обширные литосферные плиты. Литосферные плиты – крупные (несколько тыс. км в поперечнике) блоки земной коры, включающий не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору; ограничены со всех сторон сейсмически и тектонически-активными зонами разломов. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете. Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гутенберга) – между мантией и внешним ядром – располагается на глубине 2775 км. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 км/с (в мантии) до 8,1 км/с (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 км/с до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 км сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni). В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная дифференциация (перемещение более плотных веществ в центральные, а менее плотных в периферические области планеты) приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -90 °С (в центральных районах Антарктиды). Давление монотонно возрастает с глубиной от 0 до 3,61 ГПа. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции. Плотность в центре Земли около 12,5 г/см³. Ядро Земли – центральная, наиболее глубокая геосфера Земли. Средний радиус ок. 3,5 тыс. км. Делится на внешнее ядро и субъядро. Температура в центре ядра Земли, по-видимому, достигает 5000 °С, давление до 361 ГПа. Предполагают, что внешнее ядро — жидкое, а субъядро — твердое. Как уже отмечалось, температура ядра и мантии очень высокая – тысячи градусов. Казалось бы, все вещества при такой температуре должны находиться в расплавленном и даже газообразном состоянии. Однако субъядро и мантия – твёрдые образования: вещество в них находится под огромным давлением, при котором температура плавления гораздо выше. Чем при нормальном давлении. Как только давление ослабевает, твёрдые породы расплавляются. Образуется жидкая раскалённая масса- магма. При перемещении вещества в земной коре возникают глубокие трещины с пониженным давлением, где образуется очаг с магмой. Сжатая со всех сторон магма растекается по трещинам, застывая в них в виде жил, а в некоторых местах она прорывается наружу. Так возникает вулканическое извержение. Вулканы – это своеобразная домна, в которой плавится и выбрасывается на поверхность много ценных химических соединений и металлов: железо, свинец, олово, алюминий и др. В результате вулканической деятельности меняется форма рельефа, возникают горы, острова и озёра. Так образовалось, например, в 1911 г. Сарезское озеро в самом центре Памира. Совокупность всех водных массивов земного шара – океанов, морей, рек, озёр, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежных покровов – образует гидросферу Земли. Часто под гидросферой подразумеваются только океаны и моря. Действительно, больше всего воды содержится в Мировом океане, около 2% её – в ледниках. Много воды и под землёй. Для своих нужд человек использует главным образом воду рек и пресных озёр, которой на Земле чрезвычайно мало – 0,001% всего водного массива. Вот почему проблема сохранения водных ресурсов – одна из важнейших.

Мировой океан – основная часть гидросферы. В течение года с поверхности Земли и океанов  испаряется около 355 тыс. км^{3 воды. Большая часть её – около 90% - затем выпадает в виде осадков над поверхностью океанов и морей, а остальная влага осаждается на суше и потом реками выносится в океан, уходит по землю, консервируется в ледниках. Такой непрерывный круговорот воды оказывает большое влияние на климат и обмен веществ на всей нашей планете. Водяные пары, находясь в воздухе, задерживают в атмосфере тепло Земли. Чем больше испаряется воды, тем мягче климат. Различают континентальный и морской климат. Мировой океан образно называют печкой планеты. В тёплый сезон года большая масса океанской воды согревается медленнее суши и поэтому охлаждает воздух, а зимой наоборот: тёплая вода океана согревает холодный воздух. Причина этого явления – большая теплоёмкость воды. Основная доля солнечного тепла поглощается морями и океанами. Ежедневно в любую погоду происходят морские приливы и отливы. Первое научное объяснение морских приливов и отливов дал Ньютон. Он доказал, что приливы обусловливаются силой притяжения Луны. Приливы и отливы происходят не только в водной оболочке Земли, но и в твёрдой, и в воздушной. Под действием сил притяжения Луны даже твёрдая оболочка нашей планеты дважды в сутки поднимается и опускается на несколько десятков километров. Ледяная оболочка планеты называется криосферой. Основная масса льда – ледники; они делятся на горные и покровные. Горные ледники – это, по существу, ледяные реки. Спускаясь вниз по склонам, они ведут себя как реки: встречая широкое и ровное пространство, различаются по нему, а в узких ущельях движутся как горный поток. Правда, движение горных ледников очень медленное. Царство покровных ледников – арктический и антарктический пояса. Они покрывают всю поверхность арктических островов и Антарктиды, постепенно сползая к океану. В некоторых местах ледниковый покров растекается даже по поверхности моря – так рождаются ледяные плавучие горы – айсберги. Знакомясь с ледяным царством на Земле, нельзя забывать и о его подземных владениях. Области вечной мерзлоты на земном шаре занимают четверть суши. На территории нашей страны мерзлота не сплошной полосой тянется от побережья Ледовитого океана до Туруханска и Якутска, а отдельные её островки есть и южнее – у Иркутска, Красноярска, Читы, на берегах Амура. Когда учёные познакомились с тем, что сохранила замёршая северная земля, они пришли к выводу, что вечная мерзлота не вечна. Она образовалась около 100 тыс. лет назад, когда произошло великое оледенение. Наступившее потом потепление оттеснило льды на острова Ледовитого океана, но под слоём почвы, оттаивающей каждое лето, на севере нашей страны осталась навеки промёрзшая земля.}

2. Над поверхностью Земли.

2.1. Глубины и высоты.

Земля окружена атмосферой. Атмосфера Земли - (от греч. atmos – пар и сфера), газовая оболочка, окружающая Землю и вращающаяся вместе с нею. Атмосферой Земли принято считать ту область газовой среды, которая принимает участие в суточном и годовом вращении Земли. Масса около 5,15·10¹⁵ т. Состав у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента – углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 км содержится водный пар (у земной поверхности – от 3%, в тропиках до 2·10^-5% в Антарктиде), количество которого с высотой быстро убывает. На высоте 20-25 км расположен озоновый слой, предохраняющий живые организмы на Земле от вредного для них коротковолнового излучения. Выше 100 км возрастает доля легких газов; на очень больших высотах преобладают гелий и водород, и часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на: 1) тропосферу - (от греч. tropos – поворот и сфера), нижний, основной слой атмосферы до высоты 8-10 км в полярных, 10-12 км в умеренных и 16-18 км в тропических широтах;  простирается в среднем до высоты в 14 км; происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. 2) стратосферу - (от лат. stratum – слой и сфера), слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 км в высоких широтах и от 16-18 км вблизи экватора до 50-55 км. Температура возрастает с увеличением высоты. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой от -40 °С (-80 °С) до температур, близких к 0 °С, малой турбулентностью, ничтожным содержанием водного пара, повышенным по сравнению с ниже – и вышележащими слоями содержанием озона; мезосферу – слой атмосферы на высоте от 50 до 80-85 км, находящийся над стратосферой. Характеризуется понижением температуры с высотой приблизительно от 0 °С на нижней границе до – 90 °С на верхней; В тропосфере содержится азот – 78,1% и кислород – 21%; 3) термосферу – слой атмосферы над мезосферой от высот 80-90 км, температура в котором растет до высот 200-300 км, где достигает значений порядка 1500 К, после чего остается почти постоянной до больших высот; 4) экзосферу - (от экзо... и сфера) (сфера рассеяния), внешний слой атмосферы, начинающийся с высоты в несколько сотен км, из которого быстро движущиеся легкие атомы водорода могут вылетать (ускользать) в космическое пространство. Атмосфера Земли обладает электрическим полем. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Для биологических процессов на Земле огромное значение имеет озоносфера – слой озона, находящийся на высоте от 12 до 50 км. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Если бы не озоновый слой, потоки излучения доходили бы до поверхности Земли, производя разрушения в имеющихся там живых организмах. Наконец, на расстояниях более 1000 км газ настолько разрежен, что столкновения между молекулами перестают играть существенную роль, а атомы ионизированы более чем наполовину. На высоте порядка 1,6 и 3,7 радиусов Земли находятся первый и второй радиационные пояса. Ионосфера, верхние слои атмосферы, начиная от 50-80 км, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Верхняя граница ионосферы — внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере — разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн Гравитационное поле Земли с высокой точностью описывается законом всемирного тяготения Ньютона. Ускорение свободного падения над поверхностью Земли определяется как гравитационной, так и центробежной силой, обусловленной вращением Земли. Зависимость ускорения свободного падения от широты приближенно описывается формулой g = 9,78031 (1+0,005302 sin2) m/c², где m – масса тела. Земля обладает также магнитным и электрическим полями. Магнитное поле над поверхностью Земли складывается из постоянной (или меняющейся достаточно медленно) «главной» и переменной частей; последнюю обычно относят к вариациям магнитного поля. Главное магнитное поле имеет структуру, близкую к дипольной. Магнитный дипольный момент Земли, равный 7,98·10²⁵ единиц СГСМ, направлен примерно противоположно механическому, хотя в настоящее время магнитные полюсы несколько смещены по отношению к географическим. Их положение, впрочем, меняется со временем, и хотя эти изменения достаточно медленны, за геологические промежутки времени, по палеомагнитным данным, обнаруживаются даже магнитные инверсии, то есть обращения полярности. Напряженности магнитного поля на северном и южном магнитных полюсах равны соответственно 0,58 и 0,68 Э, а на геомагнитном экваторе – около 0,4 Э. Электрическое поле над поверхностью Земли в среднем имеет напряженность около 100 В/м и направлено вертикально вниз — это так называемое «поле ясной погоды», но это поле испытывает значительные (как периодические, так и нерегулярные) вариации.

3. История исследований.

3.1.Начальный этап.

Наиболее древние картографические изображения Земли созданы в  Египте и Вавилонии в 3-1 тыс. до н. э. В 7 в. до н. э. в Месопотамии карты изготавливались на глиняных табличках. Чисто умозрительные представления об окружающем мире содержатся в источниках, оставленных народами Древнего Востока. Однако, в этот период представления о Земле в основном определялись мифами и легендами.

3.2. Ранняя античность (6-1 вв. до н. э.)

Наибольших достижений в этот период достигли ученые Древней  Греции, стремившиеся дать представление  о Земле в целом. Первую попытку  создать карту всей Земли осуществил Анаксимандр, по мнению которого Земля представляет собой цилиндр (окруженный небесной сферой), вокруг морского бассейна располагается суша, в свою очередь, опоясанная водным кольцом. Одна из первых географических работ - «Землеописание» Гекатея Милетского сопровождалась, по-видимому, географической картой, на которой кроме Европы и Азии, были показаны известные древним грекам моря: Средиземное, Черное, Азовское, Каспийское, Красное. Гекатей впервые ввел понятие ойкумены. Между 350 и 320 до н. э. Питеас (Пифей) достиг берегов Западной Европы, открыв Британские и Ирландские острова. Ему принадлежит верное наблюдение о связи приливов и отливов в океане с движениями Луны. Предположение о шарообразности Земли впервые, по-видимому, было сделано Пифагором. Опытные мореплаватели, древние греки, обратили внимание на то, что при приближении корабля к наблюдателю сначала видны паруса и только потом весь корабль, что свидетельствовало о сферичности планеты. В развитие этих представлений Гераклитом была высказана идея о вращении Земли вокруг своей оси. В 340 до н. э. в книге «О небе» Аристотель привел доказательства шарообразности Земли: при лунных затмениях Земля всегда отбрасывает на Луну круглую тень, а Полярная звезда в северных районах располагается выше над горизонтом, чем в южных. Оценив разницу в кажущемся положении Полярной звезды в Греции и в Египте Аристотель вычислил длину экватора, которая, однако, оказалась примерно вдвое больше реальной. Впервые достаточно точно диаметр земного шара определил Эратосфен на основе простого опыта – по разнице высоты Солнца в городах Сиена и Александрия, лежащих на одной полуденной линии, и расстоянию между ними. Измерение выполнялось во время летнего солнцестояния, вычисленная длина диаметра отличалась от действительной только на 75 км. Геометрические принципы, которыми он пользовался, легли в основу градусных измерений Земли. Почти все труды этого ученого не сохранились, о них известно по трудам более поздних греческих авторов. Во 2 в. до н. э. древнегреческими учеными были введены понятия географической широты и долготы, разработаны первые картографические проекции, на которых показывалась сетка параллелей и меридианов, предложены методы определения взаимного расположения точек на земной поверхности. Античные ученые обратили внимание на изменение поверхности Земли с течением времени в результате действия воды и внутренних сил Земли, особенно вулканических процессов. Эти идеи позднее легли в основу геологических концепций нептунизма и плутонизма. Плутонизм - геологическая концепция кон. 18 — нач. 19 вв. о ведущей роли в геологическом прошлом внутренних сил Земли, вызывающих вулканизм, землетрясения, тектонические движения. Наиболее полно представлен в сочинении шотландского геолога Дж. Геттона  «Теория Земли» (1795). Нептунизм - геологическ концепция кон. 18 - нач. 19 вв., основанная на представлениях о происхождении всех горных пород (в т. ч. изверженных) из вод первичного Мирового океана, покрывавшего всю Землю, и из вод всемирного потопа. Основатель – А. Г. Вернер.

3.3. Поздняя античность (1-2 вв.)

В первые десятилетия 1 в. утвердилась идея о шарообразности Земли. Уровень знаний об окружающем мире этого периода характеризует выдающийся труд Плиния Старшего «Естественная история» в 37 книгах, содержащая сведения по географии, метеорологии, ботанике, минералогии, а также истории и искусству. Своеобразным итогом географических знаний античности служит «География» Страбона в 17 книгах, где довольно подробно описаны Кавказ и Боспорское царство. Книга должна была служить практическим пособием для полководцев, мореплавателей, торговцев и поэтому содержала многочисленные бытовые и исторические сведения. Страбон высказал мнение о том, что в неизвестном океане между западной оконечностью Европы и Восточной Азией вероятно лежат несколько континентов и островов. Не исключено, что это предположение было известно Х. Колумбу. Во 2 в. Птолемей в труде «География» дал сводку географических сведений, включающую карту мира и 16 областей Земли. Он уже высказал предположение о центральном положении Земли во Вселенной (геоцентрической системе мира). В этот период наряду с представлениями, основанными на открытиях ученых, путешественников и купцов, были распространены легенды о неизвестных или исчезнувших областях и странах, например Атлантиде.

3.4. Средние века (конец 8-14 вв.)

В 8-10 вв. викинги, совершавшие завоевательные походы, открыли Гренландию и первыми из европейцев достигли Северной Америки (так называемую страну Винланд, Маркланд, Хелуланд). В 9-11 вв. исследования неизвестных для европейцев земель, выполненные арабскими учеными и путешественниками (Масуди, Мукаддаси, Якуби), стали важным источником для изучения Востока. Бируни первым на Среднем Востоке предположил, что Земля движется вокруг Солнца. Он привел много интересных для своего времени топографических и географических наблюдений, а также геологических и минералогических сведений. В 12-13 вв. путешествия Плано Карпини и Марко Поло позволили составить представление о Центральной, Восточной и Южной Азии.

3.5. Великие географические открытия (15 —середина 17 вв.)

Усовершенствование приборов, позволявших ориентироваться в океане (компас, лаг, астролябия), создание морских карт, а также потребность в новых торговых связях, способствовали Великим географическим открытиям. Результаты этих открытий окончательно прояснили вопрос о шарообразности земли, прямым доказательством которой послужило кругосветное путешествие Ф. Магеллана в начале 16 в. Плавания Х. Колумба, Васко да Гамы, А. Веспуччи и других мореплавателей в Мировом океане, путешествия русских землепроходцев в Северной Азии позволили установить контуры материков, а также описать большую часть земной поверхности, животный и растительный мир Земли. В этот же период предложенная польским ученым Н. Коперником гелиоцентрическая система мира ознаменовала начало новой эпохи в естествознании.

4. Научный этап исследования Земли.

4.1. Первый период (17 —середина 19 вв.)

Этот этап характеризуется  широким использованием физических, математических и инструментальных методов. Открытие И. Ньютоном закона всемирного тяготения во второй половине 17 в. привело к возникновению идеи о том, что Земля представляет собой не идеальный шар, а сплющенный у полюсов сфероид. Исходя из предположений о внутреннем строении Земли и основываясь на законе всемирного тяготения, Ньютон и Х. Гюйгенс дали теоретическую оценку величины сжатия земного сфероида и получили столь различные результаты, что возникли сомнения в справедливости гипотезы о земном сфероиде. Чтобы рассеять их, Парижская Академия наук в первой половине 18 в. направила экспедиции в приполярные области Земли — в Перу и Лапландию, где были выполнены градусные измерения, подтвердившие верность идеи о сфероидичности Земли и закона всемирного тяготения.

Р. Декарт и Г. Лейбниц  впервые рассмотрели Землю как  развивающееся космическое тело, которое первоначально было в расплавленном состоянии, а затем охлаждалось, покрываясь твердой корой. Расплавленная Земля была окутана парами, которые затем сгустились и создали Мировой океан, его воды частично ушли в подземные пустоты, создав сушу. Возникновение гор на Земле Р. Гук, Г. В. Рихман и другие связывали с землетрясениями, либо с вулканической деятельностью. М. В. Ломоносов также объяснял образование гор «подземным жаром».

Открытия, исследования и идеи 17 —первой половины 19 вв. подготовили  почву для возникновения комплекса наук о Земле. К важнейшим из них относится, в частности, открытие У. Гильберта, заключающееся в том, что Земля в первом приближении является элементарным магнитом. Ломоносов предположил, что значение силы тяжести на земной поверхности определяется внутренним строением планеты. Он же одним из первых предпринял попытку измерить вариации ускорения силы тяжести, а также совместно с Г. В. Рихманом исследовал атмосферное электричество. В этот же период была развита теория маятника, на основе которой стали производиться достаточно точные определения силы тяжести, разработаны метеорологические приборы для измерения скорости ветра, количества осадков, влажности воздуха. А. Гумбольдт установил, что напряженность земного магнетизма меняется с широтой, уменьшаясь от полюса к экватору, разработал представления о закономерном распределении растительности на поверхности Земли (широтная и высотная зональность). Он одним из первых наблюдал магнитную бурю и обобщил накопившиеся к первой четверти 19 в. данные о строении Земли. Для изучения прохождения в земле сейсмических волн Малле в 1851 осуществил первое искусственное землетрясение (взрывая порох и наблюдая распространение колебаний на поверхности ртути в сосуде). В 1897 Э. Вихерт, основываясь на результатах изучения состава метеоритов и распределении плотности в недрах планеты, выделил в Земле металлическое ядро Земли и каменную оболочку. В этот период установлена возможность определения относительного возраста пород по сохранившимся в них остаткам флоры и фауны, что позволило позднее построить геохронологическую шкалу, осуществить палеореконструкции положения материков и океанов в разные геологические эпохи, изучать историю геологического развития Земли.

4.2. Второй период (середина – конец 19 в.)

В это время происходило  углубление знаний о строении нашей  планеты на основе развивающихся  магнитного, гравиметрического, сейсмического, электрического и радиометрического  методов геофизики. Среди геологов получила широкое распространение  контракционная гипотеза. В 1855 английский астроном Эйри высказал предположение о равновесном состоянии земной коры (изостазии), подтвердившееся в 20 в. при изучении глубинного строения гор, когда было установлено, что более высокие горы имеют более глубокие корни.

4.3. Третий период (первая половина 20 в.)

Начало века было отмечено крупными успехами в исследовании полярных областей Земли. В 1909 Р. Пири достиг Северного  полюса, в 1911 Р. Амундсен —Южного. Норвежские, бельгийские, французские и русские  путешественники обследовали приполярные области, составили их описания и карты. Позднее начато планомерное изучение этих областей с помощью антарктических научных станций и дрейфующих обсерваторий «Северный полюс». В первой половине 20 в., благодаря дальнейшему усовершенствованию геофизических методов и, особенно, сейсмологии, были получены фундаментальные данные о глубинном строении Земли. В 1909 А. Мохорович выделил планетарную границу раздела, являющуюся подошвой земной коры. В 1916 сейсмолог Б. Б. Голицын зафиксировал границу верхней мантии, а в 1926 Б. Гутенберг установил в ней наличие сейсмического волновода (астеносферы). Этот же ученый определил положение и глубину границы между мантией Земли и ядром. В 1935 Ч. Рихтер ввел понятие магнитуды землетрясения, разработал совместно с Гутенбергом в 1941-45 Рихтера шкалу. Позднее на основе сейсмологических и гравиметрических данных была разработана модель внутреннего строения Земли, которая остается практически неизменной до наших дней.

Начало 20 в. ознаменовалось появлением гипотезы, которой в дальнейшем было суждено сыграть ключевую роль в науках о Земле. Ф. Тейлор (1910), а вслед за ним А. Вегенер (1912) высказали идею о горизонтальных перемещениях материков на большие расстояния (дрейфе материков), подтвердившуюся в 1960-х гг. после открытия в океанах глобальной системы срединно-океанических хребтов, опоясывающих весь земной шар и местами выходящих на сушу (см. Рифтов мировая система). Выяснилось также, что земная кора под океанами принципиально отличается от континентальной коры, а мощность осадков на дне увеличивается от гребней хребтов к их периферии. Были закартированы аномалии магнитного поля океанского ложа, которые имеют удивительную, симметричную относительно осей хребтов структуру. Все эти и другие результаты послужили основанием для возврата к идеям дрейфа континентов, но уже в новой форме - тектоники плит, которая остается ведущей теорией в науках о Земле. Значительный объем новой информации, особенно о строении атмосферы, был получен в результате исследований глобальных геофизических процессов во время максимальной солнечной активности, проводившихся в рамках Международного геофизического года (1957-58) учеными 67 стран.

4.4. Четвертый период (вторая половина 20 в.)

Развитие методов радиометрического  датирования горных пород во 2-ой половине 20 в. позволило уточнить возраст планеты. Началось интенсивное развитие спутниковой геофизики. На основе измерений с помощью спутников была изучена структура магнитосферы, а также выявлено наличие радиационных поясов вокруг Земли. В конце 1970-х гг. с помощью геодезических спутников (GEOS-3), оснащенных высокоточными радарными альтиметрами, удалось достичь существенного прогресса в изучении геоида. Наряду со спутниковой геодезией широкое развитие получили методы изучения атмосферных процессов со спутников – спутниковая метеорология, что значительно повысило точность метеорологических прогнозов.

С 1968 ведется международная  программа глубоководного бурения  в Мировом океане, пробурено около 2000 скважин, получено более 182 км керна. Это позволило существенно продвинуться в понимании тектонического строения, в палеоокеанографии и осадконаполнении океанских бассейнов. На континентах изучение глубинного строения Земли ведется с помощью сверхглубокого бурения, достигшего в 1984 глубины свыше 12 км (Кольская сверхглубокая скважина). Для изучения максимальных глубин океана стали использоваться обитаемые глубоководные аппараты. В 1960 швейцарец Ж. Пиккар и американец Д. Уолш в батискафе «Триест» достигли дна Марианского желоба – самого глубокого места Мирового океана (11022 м). С 1980-90-х гг. подводные аппараты с человеком на борту широко используются для выполнения геологических, гидрологических и биологических наблюдений в глубинах океана.                             С 1980-90-х гг. развивается геофизическая томография, с помощью которой построены сейсмические разрезы нижней и верхней мантии, что в совокупности с геотермическими и другими геофизическими данными позволило осуществить качественное и количественное моделирование мантийной конвекции – циркуляционного перемещения вещества мантии.

Запуски межпланетных космических  аппаратов к Меркурию, Марсу, Венере, а также к более отдаленным планетам позволили также углубить знания о строении и эволюции Земли  на основе сравнительного изучения планет (сравнительная планетология). Полученные данные вместе со сведениями о структуре земной коры и глубинных недр планеты послужили основой для разработки моделей развития Земли, начиная с момента ее образования из протопланетного облака.

Заключение.

В заключение можно отметить общие сведения о Земле. В самом центре нашей планеты на глубине 6300 км находится твёрдое ядро, диаметром около 1370 км. Ядро состоит из сплава железа, серы и никеля, это самое горячие место на планете Земля. Оно имеет температуру почти как на поверхности Солнца - 6000°С, а давление на такой глубине в 3,5 миллиона раз больше, чем на поверхности планеты Земля. Внешнее ядро: в 1905 году было открыто изменение магнитного поля Земли в пространстве и по интенсивности. Так как эти изменения на Земле не вызывают внутри внешнего жидкого, токопроводящего ядра. Внешнее ядро заключает в себе внутреннее и имеет температуру 3600°С. Мантия: самая большая оболочка литосферы (83%), она окружает ядро,  в ней различают два слоя, различных по химическому составу – верхнюю и нижнюю мантии. Мантия Земли представляет собой кристаллическое вещество, содержащая смесь минералов, однако ближайший к поверхности слой мантии аморфный и его можно наблюдать при извержении вулканов. Земная кора – единственный слой литосферы, в котором есть жизнь. Кора состоит из трёх слоёв: базальтового, гранитного и слоя осадочных пород. Однако под Мировым океаном кора не имеет  гранитного слоя, а слой осадочных пород сильно ослаблен. Землетрясения, также как и  извержения вулканов, вызваны изменениями земной коре, происходящими под действием низлежащего слоя планеты – мантии. Также нельзя и не отметить про уровень моря. К поверхности Земли прилегает самая благоприятная для жизни зона – тропосфера. Она простирается до высоты 20 км. В тропосфере сосредоточено более 1/5 всей массы атмосферного воздуха. Именно в ней формируются облака, зарождаются дожди и снегопады. Затем идут нижний ярус облаков, средний ярус облаков и верхней ярус облаков. На 25 км расположен озоновый слой. Стратосфера содержит достаточно воздуха для работы двигателей сверхзвуковых самолётов. Озоновый слой защищает всё живое на планете от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации. Между стратосферой и термосферой расположился холодный слой мезосферы. Небо тут более тёмное, чем в стратосфере. Метеориты, попавшие в поле притяжения Земли отсюда начинают оставлять свой огромный след. Термосфера – предпоследний слой воздушной оболочки Земли. Именно в тропосфере наблюдают сверенное сияние – свечение разряженных слоёв воздуха под действием космического излучения. Затем последний и наиболее разряженный слой атмосферы - экзосфера.