Глава 1. Основные сведения о Земле § 1. Происхождение Земли

С древности существовало множество гипотез происхождения Земли. Сначала, естественно, господствовали теологические гипотезы. Фундамент научной планетной космогонии заложил И.Ньютон, который обратил внимание на закономерности движения планет. В середине XVIII века И.Кант, а несколько позднее – П.Лаплас, выдвинули гипотезу об образовании солнечной системы из первичной вращающейся вокруг некоторой оси туманности со сравнительно плотным центральным ядром. В дальнейшем, возникали и даже господствовали другие гипотезы, однако развитие науки (в первую очередь – физики и астрономии) последовательно доказывали их несостоятельность.

В свою очередь, Кант – Лапласовская теория получала свое дальнейшее развитие усилиями многих ученых. Особый вклад в это развитие сделал русский ученый О.Ю.Шмидт, который в середине XX века сформировал гипотезу о формировании планет из газопылевого облака, захваченного уже сформировавшимся Солнцем в процессе движения по Галактике. Гипотеза Шмидта также несла в себе некоторые противоречия, а главное – не объясняла происхождения Солнца (и звезд вообще).

В настоящее время наиболее признанная и непротиворечивая гипотеза о происхождении Солнца и планет солнечной системы из первичного вращающегося газопылевого облака в результате медленного оседания и слипания его частиц под действием гравитации и дальнейшего гравитационного сжатия с выделением центральной части – протозвезды и протопланетного диска вокруг нее. Опустим последующие стадии формирования центрального светила и перейдем непосредственно к планетам. Образование планет из протопланетного облака наиболее полно исследовано О.Ю.Шмидтом. Наша Земля образовалась во внутренней зоне протопланетного диска, где температура от излучения центрального ядра была очень высокой (до испарения металлов), поэтому протопланетное облако сначала состояло только из газов; твердые пылинки образовались в процессе его остывания. Аккумуляция пылинок привела сначала к образованию множества «промежуточных» тел размером в сотни километров. В дальнейшем из роя «промежуточных» тел и их обломков аккумулировались планеты. В результате неупругих столкновений некоторые из «промежуточных» тел оказались на других орбитах, и сейчас представляют собой астероиды, ядра комет и некоторые из спутников планет. Кстати, поскольку астероиды быстро аккумулировались в самом начале образования солнечной системы, их возраст – 4,7 млрд. лет – принимается за возраст всей солнечной системы (и нашей Земли). При аккумуляции планет происходил их разогрев (у планет земной группы – до 1000-1500 С°). Разогрев и расплавление недр Земли привело к выплавлению земной коры и выделению газов и паров, из которых, в последствии, образовались атмосфера и гидросфера.

§ 2. Форма, масса и плотность Земли

Вопрос о форме и размерах Земли занимал людей всегда. Отбросим мистические и религиозные представления и обратимся к представлениям научным. Итак, надо получить ответ на вопрос: какую форму могла принять Земля, вращаясь с постоянной угловой скоростью вокруг своей оси, будучи при этом либо в вязко-жидком, либо в пластическом состоянии. Кроме того, надо добавить, что все частицы массы Земли взаимно притягивались одна к другой, согласно закону Ньютона о взаимном притяжении тел. Таким образом, каждая частица вращающейся Земли находилась под действием двух сил: силы взаимного притяжения частиц и центробежной силы; действия этих двух сил, можно сказать, прямо противоположны. В итоге каждая из частиц находилась под действием равнодействующей обеих названных сил; равнодействующая носит название силы тяжести. И.Ньютон первый нашел, что Земля должна была принять форму сфероида - эллипсоида вращения, сжатого у полюсов. В действительности, реальная поверхность Земли гораздо сложнее, чем математически правильная поверхность сфероида. Поэтому, развивая далее проблему определения фигуры Земли, приходится понимать под этим определение фигуры тела, наиболее подходящего по виду и размерам к действительной Земле. Такое тело получило название геоида. Геоид - воображаемая поверхность, которая определяется тем, что направление силы тяжести к ней всюду перпендикулярно.

Величина силы тяжести (т.е. того ускорения, которое приобретает тело под влиянием притяжения Земли и с учетом центробежной силы) от места к месту незначительно меняется. Изменения эти вызваны различиями в величине центробежной силы, а также неправильностями в распределении масс в наружных частях Земли. Если бы массы пород были строго распределены в зависимости только от силы тяжести (т.е. если бы они вели себя как жидкое тело), то поверхность Земли всюду была бы перпендикулярна к направлению силы тяжести и всюду соответствовала бы так называемой уровенной поверхности; сфероид совпал бы с геоидом. Наличие неправильностей (гор, океанических впадин) приводит к тому, что уровенная поверхность, т.е. геоид, несколько отступает от сфероида. Геоид несколько ближе к истинной фигуре Земли со всеми ее возвышенностями и впадинами, чем сфероид. Ввиду незначительного по сравнению с размерами Земли возвышения материков, со всеми их неровностями, над уровнем морей и океанов можно отождествить очень сложную истинную фигуру Земли с фигурой вод поверхности океана, мысленно распространенного на всю Землю. Это и будет геоид.

Размеры Земли, по мере совершенствования измерительной техники, постоянно уточняются.

Экваториальный радиус Земли равен 6378,245км, а полярный - 6356,863км. Для практических расчетов пользуются понятием среднего радиуса Земли. При его величине 6370км можно установить среднюю линию меридиональной дуги в 1°, равную 111км. Масса Земли считается равной 5,98х10²⁷ г. По массе и объему Земли была определена ее средняя плотность - 5,52г/см³.

Средняя плотность вещества поверхности Земли составляет 2,7г/см³, следовательно, недра Земли сложены веществами, имеющими весьма значительную плотность (до 11-12г/см³).