Планета Земля
Земля – наша рідна планета. Вона обертається навколо Сонця на відстані 149 600 000 км або 1 а. е. Період обертання Землі навколо Сонця дорівнює 365,2422 доби.
Внутрішня будова
Наші уявлення про внутрішню будову і фізичному стані надр земної кулі засновані на різноманітних даних, серед яких суттєве значення мають дані сейсмології. Вивчення поширення в земній кулі пружних хвиль, що виникають при землетрусах, дозволило відкрити шарувату будову земних надр.
Говорячи про внутрішню будову Землі, виділяють: 1) внутрішнє ядро радіусом близько 1300 км, в якому речовина знаходиться в твердому стані, 2) зовнішнє ядро, радіус якого дорівнює приблизно 3509 км; тут в шарі товщиною близько 2200 км, навколишньому внутрішнє ядро, речовина знаходиться в рідкому стані, 3) оболонку, або мантію, товщиною близько 2900 км і, нарешті, 4) кору (до якої входять осадові породи, граніт, базальт), або літосферу (від грец. “Літос” – камінь), товщина якої дорівнює 4-10 км під океанами і 30-70 км під материками.
Схема внутрішньої будови Землі представлена на рис. 7.4, де показано також зміна температури, густини і тиску в міру наближення до центру планети. Ці числа – вельми орієнтовні. На багато питань, що відносяться до будовою, хімічним складом та фізичними умовами в глибоких надрах Землі, сьогодні немає ще чітких, вичерпних відповідей. І це тому, що ми ще погано знаємо властивості речовини при високому тиску.
Земна атмосфера
Хімічний склад. В основному земна атмосфера складається з азоту і кисню. У табл. 7.6 дано процентний вміст хімічних елементів, складових атмосферу Землі. Внаслідок перемішування повітря конвективними потоками і вітрами склад атмосфери майже не змінюється до висоти в 100-150 км. Вище виявляється зміна складу атмосфери: кількість важких інертних газів різко падає, а молекулярні азот і кисень замінюються атомарними. До висот 300-350 км переважає атомарний кисень, а вище – атомарний азот.
Фізичні характеристики. Атмосферу Землі умовно ділять на чотири шари: тропосферу, стратосферу, іоносферу та екзосферу (рис. 7.5). Тропосфера характеризується поступовим убуванням температури з висотою. У ній міститься близько 80% маси всієї атмосфери, майже вся вода і пил, зважені в атмосфері. Кордон між тропосферою і стратосферою називається тропопаузою. Стратосфера поширюється від висоти 12-15 км до 50-60 км, де знаходиться стратопауза, вище якої розташовуються мезосфера і іоносфера. Як показує сама назва, в цій останній, крім нейтральних молекул, знаходяться і іонізованниє атоми. Іонізацію виробляють короткохвильове випромінювання Сонця і потоки заряджених частинок, що летять від Сонця. Електричні властивості іоносфери, висота і ступінь її іонізації залежать від часу доби, пори року і від фази сонячної активності. Ми вже знаємо, що іоносфера має величезне значення для радіозв’язку на великих відстанях, яка здійснюється на довгих, середніх і коротких радіохвилях, багаторазово відбиваються (точніше, заломлюють) від іонізованних шарів іоносфери і від поверхні Землі.
Було виявлено зміна щільності верхніх шарів атмосфери і коливання їх температури в залежності від зміни сонячної активності, а також залежно від пори року (так, наприклад, влітку в денні години щільність на висоті 200 км в 20 разів більше, ніж взимку вночі).
Область вище 800 км називається екзосфери.
Найвищі полярні сяйва спостерігалися на висотах 700-1000 і навіть 1200 км. Світіння нічного неба виявляється на висотах до 2000 км. Ймовірно, верхня межа земної атмосфери лежить на відстані близько 3000-4000 км від поверхні.
На кожен квадратний сантиметр земної поверхні на рівні моря повітря тисне з силою в 1,0332 кг (так зване тиск в одну атмосферу). Загальна маса атмосфери Землі становить близько однієї мільйонної частки маси Землі.
Розподіл в атмосфері температури (обумовленої тепловими швидкостями рухів частинок повітря) характеризується цікавими неправильностями – температурними інверсіями: у тропосфері температура зменшується приблизно на 6 ° C з кожним кілометром висоти; від Тропопауза до висоти 30 км температура приблизно постійна і дорівнює -56 ° С; від 30 до 55 км температура поступово підвищується до 4-100 ° С; до висоти 80 км вона знову падає до +30 ° С і потім поступово підвищується, досягаючи декількох сотень градусів на висоті 200-300 км. Однак щільність повітря на цих висотах настільки мала, що температура тіла, що потрапив туди, визначатиметься здатністю тіла поглинати енергію сонячних променів (і випромінювати її в навколишній простір), а не температурою навколишнього вкрай розрідженого повітря. Вивчення метеорних слідів і сріблястих хмар підтверджує швидкості стратосферних вітрів до 120 м / с.
Форма і розміри Землі
Земля не є ідеальною сферою. Через обертання Земля сплюснута біля полюсів, крім цього висоти точок, розташованих в материкових областях, змінюються в межах декількох кілометрів над рівнем моря. Для зручності роботи різних геодезичних служб бажано представити реальну складну фізичну поверхню Землі досить простий математичної фігурою. В якості фігур, аппроксимирующих поверхню Землі, вибирають геоид і еліпсоїд обертання.
Якби вся поверхня Землі була покрита океаном, то за відсутності хвиль, а також приливної дії Місяця і Сонця, форма поверхні представляла б фігуру, яка називається геоидом. Геоид – це поверхня, у кожній точці якої сила тяжіння спрямована по нормалі, тобто по дотичній до силової лінії (фактично перпендикулярно математичного горизонту). Геоид не має простої геометричної форми, однак близький до еліпсоїда обертання.
З градусних вимірювань було отримано, що довжина одного градуса широти у екватора дорівнює ~ 110,6 км, а біля полюсів ~ 111,7 км. Згідно з дослідженнями радянських геодезистів (Ф. Красовський та ін., 1940 г.) екваторіальний радіус еліпсоїда (прийнятого за основною в нашій країні досі) a = 6378,245 км, а полярний b = 6356,863 км; їх різниця a – b = 21,382 км.
Сплюснутістю земного еліпсоїда з характеризується відношенням з = (a – b) / a. Це ставлення дуже мало – 1 / 298,25, що складає близько 0,3%, в той час як декомпозиція, наприклад, Юпітера близько 6%.
Радіаційний пояс і магнітне поле Землі
Земна куля оточений областю простору у вигляді кільця, в якій зосереджені величезні потоки протонів і електронів, захоплених дипольним магнітним полем Землі. Ця область отримала назву радіаційного поясу Землі (РПЗ). За кордоном її зазвичай називають поясом Ван-Аллена. РПЗ був відкритий американськими і радянськими вченими в 1957-1958 рр. З тих пір в космосі було проведено величезну кількість експериментів, які дозволили вивчити основні властивості та особливості РПЗ.
Магнітне поле Землі – диполь, вісь якого складає з віссю обертання Землі кут 11 ° і не проходить через геометричний центр обертання Землі, а зрушена на 342 км в сторону, протилежну східного краю Бразилії. Полярність магнітного поля Землі протилежна географічної. Північний магнітний полюс розташований на півдні, в Антарктиді, а Південний – на півночі, в Канаді. Так, Москва, розташована на 56 ° північної широти, має південну магнітну широту 51 °. Магнітний момент Землі M = 8,1 – 1025 Гс – см3, і середня напруженість магнітного поля на поверхні Землі складає ~ 0,4 Гс. Чому у Землі є магнітне поле? За рахунок провідності розплавленої плазми в земному ядрі магнітне поле Землі мало зникнути за кілька тисяч років. Однак у нашої Землі, вік якої близько п’яти мільярдів років, все ще існує сильне магнітне поле. Загальновизнаною теорії походження магнітного поля Землі досі немає. Останнім часом вважають, що магнітне поле пояснюється рухами у зовнішній рідкій оболонці ядра. А саме, у міру того як зовнішня оболонка ядра охолоджується і частини її падають всередину, океани магми, багатої на залізо, піднімаються вгору в спіральному русі під дією обертання Землі. Геологи вважають, що саме цей рух підтримує земний магнетизм.
Земля має супутник – Місяць (рис. 7.7), який обертається навколо Землі по еліптичній орбіті з великої півосі 384000 км і періодом 27,32 днів. Діаметр Місяця в 3,67 рази менше діаметра Землі і становить 3474 км. Сила тяжіння на Місяці приблизно в 6 разів менше, ніж на Землі.
Місяць повернений до Землі завжди однією стороною. Це пов’язано з тим, що період обертання Місяця навколо осі в точності збігається з періодом обертання навколо Землі.
Навіть неозброєним оком на Місяці видно великі темні ділянки – моря (близько 70% видимої з Землі поверхні) і світлі – материки. На відміну від морів (порівняно рівних ділянок місячної поверхні, в яких, незважаючи на назву, немає ні краплі води і які покриті темною речовиною), материки являють собою гористі райони.
Велика частина материків Місяця покрита величезною кількістю кільцевих структур – кратерів, які є слідами від ударів об поверхню Місяця метеоритів. На видимій стороні Місяця близько 300 тисяч кратерів діаметром більше 1 км. Серед них є такі, діаметр яких перевищує 200 км. На відміну від материків, місячні моря практично позбавлені кратерів. Вони облямовані протяжними гірськими хребтами, які отримали назви земних гірських ланцюгів (Кавказ, Альпи та ін.).
У 1959 р радянська автоматична станція “Луна-3” сфотографувала зворотний бік Місяця. Виявилося, що на невидимому з Землі півкулі Місяця переважають материки. Середній діаметр найбільшого моря – моря Москви – досягає 460 км.
Місяць є першим небесним тілом, якого досягли автоматичні станції з Землі, та на яке ступила нога людини. У 1966 р на поверхню Місяця здійснила м’яку посадку радянська станція “Луна-9”, а в 1969 р американські астронавти Ніл Армстронг і Едвін Олдрін змогли навіть прогулятися по місячній поверхні (рис. 7.8). У ході цих і наступних експедицій на Місяць були досліджені механічні властивості місячного грунту і його хімічний склад. В склад місячних порід, які зовні схожі на земні вивержені базальти, входять кремній, алюміній, залізо та інші добре відомі на Землі хімічні елементи. Поверхня Місяця покрита шаром пилу, за своїми механічними характеристиками нагадує цемент. Цей поверхневий шар називається реголітом. Місячні породи відносяться до дуже давнім – їх вік близько 4 млрд. Років. І хоча на Місяці давно завершилася епоха активного вулканізму, досі ще відбуваються лунотрясения, спостерігаються, хоча і рідко, витікання газів.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)