2.5.5 Современные научные представления о Земле

Земля — наибольшая из планет земной группы. Возраст Земли составляет около 4,5 млрд лет. Поверхность нашей планеты искажена из-за вращения (Земля «сплюснута» у полюсов). Средний экваториальный радиус Земли 6371 км, масса Земли составляет 5,976  10²⁴ кг, а средняя плотность — 5,5 г/см³. Земля имеет единственный естественный спутник — Луну.

Земля участвует в двух движениях, происходящих с запада на восток (против часовой стрелки при наблюдении с Северного полюса мира): она вращается вокруг собственной оси и обращается по эллиптической орбите вокруг Солнца. В процессе движения вокруг Солнца плоскость земного экватора перемещается таким образом, что в одних участках земной орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других — южным. Период обращения вокруг Солнца составляет 365, 256 дней, а период суточного вращения — 23 часа 56 мин.

Большая часть Земли (до 71%) покрыта водой. Средняя глубина Мирового океана составляет 3900 м. Наибольшую глубину (11022 м) имеет Марианский желоб в Тихом океане. Современные континенты характеризуются равнинным рельефом, горы занимают незначительную часть поверхности планеты. Наибольшую высоту над поверхностью Мирового океана (8848 м) имеет вершина Джомолунгма (Эверест), находящаяся в Гималаях.

Земной шар состоит из ряда концентрических оболочек (геосфер): атмосферы, гидросферы, литосферы, земной коры, мантии и ядра.

Литосфера — твердая оболочка, включающая верхнюю часть мантии и земную кору. Земная кора образовалась в результате вулканической деятельности. Толщина ее неравномерна: максимальна в горных массивах — до 70 км и минимальна под океанами — 5–10 км. Земная кора состоит из нескольких плит, которые «плавают» по верхней части мантии. Ранее эти плиты образовывали единый массив суши. В настоящее время принята теория дрейфа континентов, утверждающая, что плиты и связанные с ними континенты двигаются под влиянием глубинных конвективных течений. 98,6% массы земной коры составляют всего восемь химических элементов (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg). Около половины массы земной коры (47%) приходится на кислород, более 25% (27,5%) — на кремний. Температура внутри Земли повышается на 2° на каждые 100 м глубины.

Ниже земной коры находится мантия, в ней сосредоточена большая часть вещества Земли (68%). Температура мантии составляет 1500–2000° С, простирается она до глубины 2900 км (границы с ядром). Почти вся мантия находится в твёрдом кристаллическом состоянии, так как влияние давления сказывается сильнее, чем температура. Мантия более плотная, чем земная кора, и содержит тугоплавкие элементы. Она недоступна непосредственному исследованию, поэтому большая часть информации о мантии получена геохимическими и геофизическими методами. Процессы, идущие в мантии, являются причиной движения континентов, вулканизма, землетрясений, горообразования и формирования рудных месторождений. На свойства мантии активно влияет ядро нашей планеты.

Ядро состоит из внешней оболочки (до глубины 5000–5100 км) и внутреннего ядра (до центра Земли, 6371 км). Общий радиус ядра состав­ляет 55% толщины Земли. Внешнее ядро жидкое, расплавленное, состоит в основном из железа и никеля. Глубже находится внутреннее твердое ядро, по-видимому, того же состава, что и внешнее ядро, его температура достигает 5000 °С.

Земля обладает гравитационным, магнитным и электрическим полями. Магнитное поле создается за счет движения расплавленных металлов в жидком наружном ядре Земли, оно защищает все живое от ионизирующего космического излучения. Магнитные полюса Земли смещены по отношению к географическим полюсам, магнитная ось располагается под небольшим углом к оси вращения Земли. Магнитные полюса находятся в постоянном движении, в процессе эволюции Земли происходило неоднократное изменение положения магнитных полюсов.

У земной поверхности существует стационарное электрическое поле с напряжённостью, в среднем равной около 130 В/м. Земля при этом имеет отрицательный заряд, а атмосфера в целом заряжена положительно, что обусловливает возможность проскакивания электрических разрядов между ними (молний).

Атмосфера — воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею. За последние 200 млн лет состав атмосферы практически не изменился. Атмосфера простирается на высоту до 2000–3000 км. Атмосфера состоит из газов, капелек воды и пылинок. Газовый состав атмосферы: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных количествах в ней присутствуют углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. Давление и плотность атмосферы Земли при увеличении высоты убывают.

Атмосфера имеет слоистую структуру. Слоистая структура — результат температурных изменений на разных высотах. От поверхности Земли эти слои располагаются в следующем порядке: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. В верхней части атмосферы и в околоземном космическом пространстве расположен радиационный пояс Земли, который состоит из электрически заряженных частиц, движущихся в магнитном поле Земли.

Гидросфера — водная оболочка Земли. Свыше 96% гидросферы составляют моря и океаны, около 2% — подземные воды, около 2% — ледники, 0,02% — воды суши (реки, озера, болота). На пресную воду приходится только 2,8% объема гидросферы, из них 2,2% находится в ледниках и только 0,6% в реках, озерах, подземных водах. Главная масса воды — соленая.

Гидросфера благодаря своей высокой теплоемкости и низкой теплоотдаче смягчает контраст температур на земной поверхности. Этому способствуют и облака, закрывающие одновременно до 50% поверхности земного шара.

Объем гидросферы постоянно изменяется. По современным представлениям, 4 млрд лет назад ее объем был почти в 7 тысяч раз меньше современного. В будущем количество воды на Земле, по-видимому, также будет возрастать за счет воды, проступающей из глубинных слоев Земли и при вулканических извержениях.