Тема 2. Земля як планета
Рис. 8. Вид на Землю з Аполлона-17
Земля – єдина планета Сонячної системи, яка має такі специфічні риси як:
велика кількість кисню в атмосфері,
значна площа водної поверхні,
наявність характерного температурного діапазону, який дозволяє більшій частині води знаходитись у рідкому стані.
Вік Землі – 4, 56 мільярдів років.
На перших етапах формування Землі відбувалося її охолодження з відповідними диференціацією земних пластів, утворенням первісного океану та атмосфери, інтенсивне (більше у 150 разів, ніж за сучасного стану) метеоритне бомбардування планети та утворення Місяця.
Час утворення перших континентальних масивів Землі - 3 мільярди років.
В історії розвитку Землі виділяють наступні ери: архейську (4560-2500 млн. років), протерозойську (2500-543 млн. років), палеозойську (543-252 млн. років), мезозойську (252-65 млн. років), кайнозойську (65 млн. років -наші дні).
Час початкового формування примітивного життя на Землі – 4 мільярди років, зокрема поява перших багатоклітинних організмів - 2 мільярди років. Місцем початкового формування життя на Землі є океани і моря.
Внаслідок поступового охолодження Землі відбувалася диференціація речовини в її надрах, відповідно утворилися такі її головні складові як: земна кора, мантія, зовнішнє та внутрішнє ядро. В Сонячній системі приблизно таку ж внутрішню будову мають й інші планети земної групи, що обумовлено внутрішнім переплавленням планетарної речовини. Джерелом енергії для такого переплавлення слугувала потенційна енергія, яка утворювалася внаслідок стиснення речовини при поступовому охолодженні планети та розпаду короткоіснуючих радіоактивних елементів. У подальшому фаза переплавлення змінилася фазою осадження. Саме цим і пояснюється те, що земное ядро головно складається зі сплаву заліза та нікелю, а мантія — з більш легких сполук, - оксидов кремнію та марганцю. Вважається, що приблизно таку ж будову мають й інші планети типу «Земля», підтвердженням чого слугують дослідження стосовно супутника Землі – Місяця. Що ж до внутрішньої будови Землі, то її особливості полягають у наступній характеристиці.
Земна кора (А) - найбільш неоднорідна і складно побудована частина вертикальної будови Землі. З кількох типів земної кори переважне поширення мають материковий і океанічний типи.
Материковий тип земної кори складається з трьох шарів:
верхній осадочний шар (від 0 до 20 км),
середній шар, умовно названий гранітним (від 10 до 40 км),
нижній шар, це так званий "базальтовий" шар (від 10 до 70 км), що відокремлюється від "гранітного" поверхнею Конрада.
Під океанами осадочний шар має товщину лише кілька сотень метрів. "Гранітний" шар під океанами, як правило, відсутній: замість нього спостерігається так званий "другий" шар неясної природи, товщиною близько 1-2,5 км. Потужність "базальтового" шару під океанами - близько 5 км. Крім основних типів кори, зустрічається кілька типів "проміжної" будови, у тому числі субконтинентальна кора (під деякими архіпелагами) і субокеанічна (у глибоководних западинах окраїнних і внутрішньоконтинентальних морів). Субконтинентальна кора характеризується нечітким поділом "гранітного" і "базальтового" шарів. Субокеанічна кора близька до океанічної, проте від останньої вона в цілому відрізняється більшою потужністю, зокрема це стосується і осадочного шару.
Мантія складається з трьох шарів (В, С і D) і простягається від поверхні Мохоровичича, яка знаходиться між земною корою та мантією, до глибини 2900 км, де вона межує з ядром Землі. Шари В і С утворюють верхню мантію (товщиною 850-900 км), шар D - нижню мантію (близько 2000 км). Верхню частину шару В, що залягає безпосередньо під корою, часто називають субстратом. Кора разом із субстратом складає літосферу. Нижню частину верхньої мантії називають ім'ям сейсмолога, який відкрив її властивості, - Б. Гутенберга. Швидкість поширення сейсмічних хвиль у межах шару Гутенберга дещо менша, ніж у шарах, що лежать вище і нижче. Це зв'язують з підвищеною плинністю його речовини. Звідси друга назва шару Гутенберга - астеносфера (слабка сфера). Цей шар є сейсмічним хвилеводом, оскільки сейсмічний "промінь" (шлях хвилі) довгий час йде уздовж нього. Шар, що лежить у нижній частині верхньої мантії (глибини 400-900 км) називають шаром Голицина, він виділяється як зона швидкого наростання з глибиною швидкостей сейсмічних хвиль (поздовжніх - від 8 до 11,3 км/сек, поперечних - від 4,9 до 6,3 км/сек).
Земне ядро, середній радіус якого становить близько 3,5 тис. км, поділяється на зовнішнє ядро (шар Е) і суб`ядро (шар G) з радіусом близько 1,3 тис. км. Їх розділяє перехідна зона (шар F), товщиною близько 300 км, яку переважно відносять до зовнішнього ядра. На межі ядра спостерігається стрибкоподібне падіння швидкості поздовжніх хвиль (від 13,6 до 8,1 км/сек). У середині ядра швидкість згаданих хвиль зростає, збільшуючись стрибком до 11,2 км/сек поблизу межі суб`ядра. У суб`ядрі сейсмічні хвилі поширюються майже з незмінною швидкістю.
Температура в надрах Землі суттєво коливається, - в земній корі вона може досягати 1000º, в мантії – від 1000º до 3500º, у зовнішньому та внутрішньому ядрі, відповідно, 4000º і 4700º.
Місяць – єдиний супутник Землі, який знаходиться від нашої планети на відстані 384,4 тис. км. Сила ваги на Місяці в 6 разів менша, порівняно з Землею. Виник супутник 4,5 мільярдів років тому внаслідок зіткнення Землі з великим небесним тілом, результатом чого стало знищення вже сформованих первісних океану та атмосфери, які згодом знову утворилися на Землі.
В характері внутрішньої будови Місяця відзначається наявність місячної кори, потужністю близько 60 км з видимого боку та близько 100 км – зі зворотньої сторони. Під корою, майже до глибини 1100 км, знаходиться шар мантії. Внаслідок відсутності конвективних рухів (перемішування) мантія залишається твердою до глубини 700 км. Нижче лежать вогнища сейсмічних місячних струсів, які зареєстровані приладами, що були залишені дослідниками на поверхні Місяця. Причиною місячних струсів слугують припливні сили, що обумовлюються взаємодією системи Земля - Місяць. Вірогідно Місяць має ядро, розміри якого не перевищують 500 км.
Місяць обертається навколо своєї осі за 27,3 діб, при чому таке обертання відбувається зі зміщенням центру ваги. Разом з цим Місяць обертається і навколо Землі, - по еліптичній орбіті з періодом 29,5 днів або 709 годин. Напрямок обертальних рухів Місяця є протилежним напрямку обертання Землі навколо своєї осі, що має важливе значення в утворенні припливів та відпливів на нашій планеті і відповідно поступовому збільшенні тривалості земної доби.
Внаслідок руху Місяця навколо Землі та освітлення його променями Сонця, відповідно певного взаємного положення у космічному просторі цих космічних тіл, з поверхні Землі спостерігаються певні місячні фази. Важливо, що саме на цьому космічному об’єкті вперше (1969 р., 1972 р.) побувала людина та вперше з поверхні Місяця було доставлено на Землю зразки космічної гірської породи (1970 р.).
Місяць може бути причиною утворення затемнень на Землі, що відбувається в той час, коли він знаходиться між Сонцем і Землею (рис. 9,10).
Понятійно-термінологічний апарат
Геоцентрична система (геоцентризм)
Геліоцентрична система (геліоцентризм)
Ера
Диференціація речовини
Земна кора
Мантія Землі
Ядро Землі
Припливи
Відпливи
Місячні фази
Рекомендована література
Основна література
Багров М.В., Боков В.О., Черваньов І.Г. Землезнавство: Підручник / за ред. П.Г. Шищенка./ – К.: Либідь, 2000. – 464 с.
Олійник Я.Б., Федорищак Р.П., Шищенко П.Г. Загальне землезнавство. Навч. посіб. - К.: Знання-Прес, 2003. - 247 с.
Федорищак Р.П. Загальне землезнавство: навч. посібник. – К.: Вища школа, 1995. - 223 с.
Додаткова література
Земля (головний редактор – Джеймс Ф. Лер). Переклад з англійської мови. – Київ: ТОВ Школа, 2004. – 520 с.
Короновский Н.В., Ясманов Н.А. Геология. – М.: ACADEMA, 2005. – 446 с.
Кэри У. В поисках закономерностей развития Земли и Вселенной. М.: Мир, 1991. - 447 с.
Лапо А.В. Следы былых биосфер. М.: Знание, 1987.- 208 с.
Маров М.Я. Планеты Солнечной системы. М., 1981. - 252 с.
Мир географии: география и географы. Природная среда/Редкол.: Рычагов Г.И. и др. – М.: Мысль, 1984. – 367 с.
Николов Т. Долгий путь жизни. М.: Мир, 1986. - 167 с.
Резанов И.А. Эволюция земной коры. М.: Наука, 1985. - 144 с.
Уипл Ф.Л. Семья Солнца: Планеты и спутники Солнечной системы: Пер. с англ. Ю.И. Ефремова/Под ред.. и с предисл. д-ра физ.-мат. наук, проф.. М.Я. Марова. – М.: Мир, 1984. – 316 с.
Флинт Ф. История Земли. М.: Прогресс, 1978. - 357 с.
Хаббард У. Внутреннее строение планет: Пер. с англ. 1987. - 328 с.
Рис. 9. Схема затемнень Місяця і Сонця (масштаби не додержані)
Рис. 10. Сонячне затемнення на Землі, яке побачили 11 серпня 1999 року члени екіпажу станції «Мир». На поверхні Землі видно тінь від Місяця.