книги из ГПНТБ / Подобедов, Н. С. Общая физическая география и геоморфология учебник

Второй разновидностью волн являются продольные (Р) волны, т. е. упругие колебания вещества относительно своего среднего поло­ жения (рис. 9). Эти волны рас­ пространяются в направлении самой волны и представляют собой продольные сжатия и

растяжения вещества.

Волны этого типа распро­ страняются в любых средах (твердой, жидкой и газообраз­ ной) и имеют наибольшую ско­ рость.

Наконец, вещество Земли может испытывать колебания в направлении, перпендикуляр­ ном к распространению волны (см. рис. 9). Так возникают поперечные (S ) волны, связанные со сдвигом вещества, т. е. с из­ менением его формы. Нетрудно видеть, что волны данного типа могут проходить только через твердое вещество и они естест­ венно затухают в жидком или газообразном веществе, по­ скольку эти последние не со­ противляются изменению формы.

Земля не является однород­ ной по внутреннему строению, вследствие Щего пути пробега волн внутри Земли имеют сложный вид,

а скорости испытывают скачкообразные изменения (рис. 10). Так

Направление Волны

„ Направление нолебаний частиц

Рис. 9. Возникновение продольных и поперечных упругих колебаний

на глубине около 60 км скорость продольных волн Р сразу возра­ стает с 5 до 8 км/с и далее, в следующем слое, она довольно посте-

20

мантию и ядро.

Каждая из этих оболочек в свою очередь неоднородна по составу и строению, что связано с условиями образования и особенностями развития нашей планеты.

Земля, вероятно, возникла из холодного космического вещества и в последующее время испытала разогревание за счет тепла, выде­

изученной твердой оболочкой Земли. Средняя ее мощность соста­ вляет 33 км, однако в действительности мощность земной коры неодинакова и изменяется в довольно широких пределах. Нижняя граница земной коры названа разделом Мохоровичича (сокращенно Мохо) по имени югославского ученого А. Мохоровичича, впервые

21

Земная кора по своим физическим свойствам также неоднородна и в пределах ее выделяются два типа: континентальный и океаниче­

ский.

Континентальная земная кора (рис. 12) имеет мощность 30— 40 км, но под горными странами мощность возрастает до 70—80 км (так называемые «корни гор»). Она состоит из трех слоев: осадочного, гранитного и базальтового.

Континентальная нора

Осадочный слой мощностью до 15 км состоит из осадочных горных пород (см. § 51), представляющих собой отложения морских и кон­ тинентальных осадков. Изучение этих пород позволяет восстанавли­ вать картину прошлого природы нашей планеты — смену морей и суши, изменения климата, растительности и животного мира.

Ниже осадочного слоя располагается гранитный слой более плотный, чем осадочный, и состоящий из горных пород типа гранита (§ 50). Мощность этого слоя в среднем 20—40 км. Она наибольшая в районах молодых гор, к периферии материков она уменьшается, а под океанами этот слой вовсе отсутствует.

Ниже гранитного слоя, непосредственно на мантии Земли рас­ полагается еще более плотный базальтовый слой, названный так потому, что он сложен горными породами — базальтами или поро­ дами сходными с ними. Мощность этого слоя достигает 15—35 км.

Океаническая земная кора отличается от континентальной как своей мощностью, так и строением. Мощность ее от 5 до 15 км, а со­

22

стоит она из двух слоев — верхнего осадочного (2—5 км) и нижнего базальтового (5—10 км). Однако такие особенности океаническая кора имеет не везде. Под дном глубоких морей она состоит из базаль­ тового слоя, на котором располагается осадочный слой большой мощности (до 10—20 км).

Мантия Земли подразделяется на три слоя: верхний (В), сред­ ний (С) и нижний (D) (см. рис. 8). В верхней мантии преобладают горные породы, называемые дунитами. Эти породы богаты магнием и железом. Верхняя мантия (ее называют также астеносферой, или волноводом) оказывает существенное влияние не только на распола­ гающуюся выше ее земную кору, но также и на земную поверхность. Она представляет собой зону размягчения вещества и его относи­ тельной подвижности, что происходит под влиянием тепла, выделя­ емого внутренними частями планеты. Вследствие этого здесь происхо­ дит перетекание вещества, находящегося в размягченном состоянии благодаря огромному давлению сверху на эту часть мантии. Здесь же расположены очаги многих вулканов и центры, где возникают некоторые землетрясения.

Средняя переходная мантия характеризуется тем, что здесь происходят наибольшие физико-химические превращения вещества. Благодаря господствующему в этой зоне высокому давлению нару­ шается строение химических элементов и составляющие их атомы вещества прижимаются друг к другу или, как говорят, упаковы­ ваются плотно. Возможно, что этот процесс сопровождается изме­ нением химического состава вещества. В нижней мантии, вслед­ ствие колоссального давления, электроны атомов вещества на­ столько сближены между собой, что вещество приобрело свойства металлов.

Центральная часть земного шара называется ядром. Оно имеет радиус около 3500 км. Верхняя граница ядра (см. рис. 8) располо­ жена на глубине 2900 км и давление здесь достигает 1 370 000 атм. При таком огромном давлении электронные оболочки атомов нару­ шаются и их ядра оказываются как-бы растворенными в общей массе электронов. Вследствие этого вещество здесь переходит в сверх­ твердое состояние и обладает магнитными свойствами, что поро­ ждает, вероятно, постоянное магнитное поле Земли.

§ 9. Тепло Земли

Земная поверхность нагревается почти исключительно от Солнца. Тепло из земных недр, поступающее на поверхность, со­ ставляет всего лишь V 5000 солнечного тепла.

Тепловой режим внутренних частей Земли изучен еще весьма мало. Однако ученым известно, что внутри Земли температура очень высокая, но это тепло не является остаточным, поскольку наша планета, по-видимому, никогда не была расплавленным телом. Основными причинами внутренней теплоты Земли в настоящее

23

время считаются: тепло, выделяемое при радиоактивном распаде тяжелых элементов, и тепло, являющееся следствием уплотнения вещества Земли. В целом в Земле накапливается тепла больше, чем теряется вследствие излучения. Образующийся избыток тепла расхо­ дуется в процессе горообразования, при извержениях вулканов и при землетрясениях.

Земная поверхность нагревается Солнцем неодинаково; вблизи экватора нагревание сильнее, а к полюсам оно уменьшается. Кроме того, ночью она частично теряет тепло, полученное днем от Солнца. Вследствие этих причин земная поверхность и расположенные вблизи ее внутренние слои Земли испытывают годовые и суточные колеба­ ния температуры. Однако солнечное тепло проникает в толщу Земли очень неглубоко. Так, суточные колебания температуры уже неза­ метны на глубинах порядка 1,5 м, а годовые, обусловленные сменой времен года, проникают на разную глубину. Например, в теплых странах, где в течение года температура изменяется незначительно, годовые колебания затухают на глубинах 10—15 м, в странах с хо­ лодной зимой и жарким летом эти колебания заметны до 25—30 м, а в отдельных случаях даже на глубине 40 м. Глужбе 30—40 м всюду на Земле температура держится постоянной. Этот слой с постоянной температурой, равной приблизительно средней годовой температуре данного места, носит название изотермического горизонта. Поэтому чем ниже средняя годовая температура данного места, тем глубже располагается нижняя граница этого горизонта. Вследствие разных причин климаты Земли, а вместе с ними и среднегодовые температуры, не оставались постоянными. Происходили смены теплых периодов

•резкими похолоданиями (ледниковые эпохи), продолжительность которых иногда исчислялась десятками миллионов лет. Отмеченные колебания климатов обусловливали так называемые вековые колеба­ ния температуры изотермического горизонта в разных частях зем­ ного шара.

Ниже указанного горизонта почти везде замечается постепенное повышение температуры. Это повышение температуры в градусах Цельсия на единицу длины (100 м) называется геотермическим гра­ диентом. Число метров, на которое нужно углубиться в Землю, чтобы температура возросла на 1° С, носит название геотермической ступени.

Значения геотермической ступени для разных мест земного шара неодинаковы и колеблются в довольно широких пределах. Так, например, непосредственными измерениями значений геотермической ступени (в м) получены следующие данные. Пятигорск — 1,5; Ар­ хангельск — 10; Ленинград — 19,6; Москва — 38,4; Иоганнсбург — 111. Среднее значение геотермической ступени в целом по земному шару приближается к цифре 33 м.

Приведенные данные свидетельствуют о том, что изменение вели­ чины геотермической ступени не зависит от климатических особен­ ностей местности. Оно обусловлено геологическим строением данной местности и теплопроводностью горных пород.

24

Вопрос о температуре внутренних зон Земли до сих пор еще не решен окончательно. Опытные данные показывают, что нагревание вещества при сохранении постоянного объема влечет за собой зна­ чительное увеличение давления. Если это так, то огромные темпера­ туры внутренних частей Земли, подсчитанные по среднему значению геотермической ступени, были бы сопряжены с таким колоссальным увеличением давлений в области центра Земли, что она должна была бы взорваться. Большинство ученых считает, что температура недр земного шара вряд ли превышает 3000—4000° С.

§ 10. Земной магнетизм

Земля представляет собой огромный магнит, имеющий два хорошо выраженных магнитных полюса, положение которых не совпадает с положением географических полюсов. В настоящее время геогра­ фические координаты Северного магнитного полюса 74° с. ш. и 92° з. д. и Южного 69° ю. ш. и 144° в. д. Стечением времени положе­ ние магнитных полюсов Земли меняется в связи с вековыми измене­ ниями характера магнитного поля. Линии магнитных сил, идущие от одного магнитного полюса к другому, с которыми совпадает ось стрелки компаса, называются магнитными меридианами. Поло­ жение магнитных полюсов не совпадает с положением географиче­ ских полюсов, а поэтому магнитные меридианы не совпадают с гео­ графическими. Угол, образованный осью магнитной стрелки (т. е. магнитным меридианом) и географическим меридианом, называется магнитным склонением. Этот угол в различных точках земной по­ верхности неодинаков. В районе Москвы склонение имеет величину около 5° к западу. Это значит, что для определения направления географического меридиана нужно отклониться на 5° вправо от того направления, которое показывает магнитная стрелка. Таким обра­ зом, зная склонение магнитной стрелки в данном месте земного шара, всегда можно найти и направление меридиана этого места. Если к тому же нам известна широта данного места, то можно определить географические координаты, или местоположение данного пункта.

Действие магнитных сил на земной поверхности не везде одина­ ково. Встречаются районы, где магнитное поле значительно сильнее обычного. Такие районы получили название районов магнитных аномалий.

В Советском Союзе имеется много мест, в которых стрелка компаса показывает аномальные склонения: такие аномалии имеются около Одессы, в Кривом Роге, в Курской области, на Урале и в ряде мест Сибири.

Но иногда можно наблюдать значительные колебания магнитной стрелки. Стрелка вдруг начинает дрожать и все больше и больше отходит от положения равновесия, уклоняясь на несколько градусов, а затем медленно возвращаясь в положение равновесия. Такие явления наблюдаются иногда в продолжении нескольких часов и даже суток. Они называются магнитными бурями. Магнитные бури

25

в атмосферу Земли, сразу увеличивают в ней количество электри­ ческих зарядов, вследствие чего возникают сильные электрические токи, которые и действуют на магнитную стрелку.

В полярных странах магнитные бури сопровождаются полярными сияниями.

На земной поверхности есть пункты, величина магнитного скло­ нения которых равна 0°. Если соединим такие пункты между собой линией, то получим замкнутую кри­ вую, проходящую через оба маг­ нитных и оба географических полюса, которая носит название

линии нулевого склонения. Она делит земную поверхность на две области: восточного склонения и западного склонения (рис. 13). Восточное склонение — угол меж­ ду географическим и магнитным меридианами, отсчитанный к вос­ току (вправо в северном полуша­ рии) от географического меридиа­ на, а западное склонение — угол, отсчитанный к западу (влево в северном полушарии) от него.

Магнитная стрелка между маг­ нитными полюсами и магнитным экватором наклонена к горизонту. Угол этого наклона называется

магнитным наклонением. С при­ ближением к магнитному полюсу угол магнитного наклонения уве­ личивается. На магнитном полюсе магнитная стрелка принимает вер­ тикальное положение и магнитное наклонение равно здесь 90°.

Ученые подсчитали, что слой горных пород толщиной 30—40 км у земной поверхности способен создать магнитное поле во много раз меньшее, чем это есть у Земли в действительности. Поэтому есть основание предполагать, что причиной магнитного поля Земли являются электрические токи, возникающие в ее недрах.

§ И . Понятие о внешних (экзогенных) и внутренних (эндогенных) силах Земли и их взаимоотношениях

Земная поверхность находится под постоянным воздействием колебания температуры, ветров, атмосферных осадков, наземных и подземных вод, жизнедеятельности организмов и других факторов.

26

человека, но и часто незаметно для многих сменяющих друг друга поколений людей. Однако эти медленно происходящие процессы, продолжающиеся в течение многих тысячелетий и миллионов лет истории нашей планеты приводят к весьма крупным и разительным изменениям на ее поверхности и частично во внутреннем строении. Действие этих внешних (экзогенных) сил направлено в сторону сглаживания неровностей земной поверхности. Особенно заметное

и световая энергии Солнца.

Одновременно с экзогенными силами земную поверхность изме­ няют внутренние (эндогенные) силы. Они обусловлены внутренней энер­ гией Земли. В результате проявления эндогенных сил происходят зем­ летрясения и извержения вулканов, земная поверхность испытывает медленные, так называемые «вековые» или эпейрогенические колеба­ ния, образуются горы, впадины и т. д. Эндогенные силы возникают под влиянием физико-механических и физико-химических преобразований вещества, происходящих во внутренних оболочках Земли. Наиболее важным проявлением эндогенных сил являются процессы горообра­ зования, происходящие путем смятия слоев в складки, а также под­ нятий и опусканий крупных участков земной поверхности, сопрово­ ждающихся разломами земной коры. Таким образом, под воздей­ ствием экзогенных сил возникают процессы, способствующие выра­ вниванию земной поверхности; под воздействием эндогенных сил возникают процессы, в результате проявления которых происходят горообразования, землетрясения и вулканические извержения. Как те, так и другие протекают одновременно. Так, например, процесс разрушения гор под воздействием экзогенных процессов начинается с того момента, когда поднятие участка земной поверхности только началось. Если процессы поднятия протекают быстрее, чем процессы разрушения, то высота гор будет возрастать, а при замедлении про­ цесса поднятия процессы разрушения, протекающие более интен­ сивно, будут способствовать понижению гор.

Согласно приблизительным вычислениям в результате процессов разрушения земная поверхность понижается в среднем на 8 см за тысячу лет. Поэтому если бы не было поднятий, то земная поверх­ ность могла бы выровниться за 13 млн. лет.

Из сказанного выше следует, что современный рельеф поверхности суши и дна океанов является результатом совместного действия эндогенных и экзогенных процессов, протекавших одновременно длительное время.

27

§12. Основные закономерности распределения суши и моря

иобщая характеристика рельефа земной поверхности

Площадь поверхности Земли составляет 510 млн. км2. Большая часть поверхности Земли занята водой — океанами и морями. Все океаны и моря, соединяющиеся между собой, образуют Мировой океан.

Из 510 млн. км2 поверхности Земли 361 млн. км2, или 71%, приходится на Мировой океан и только 149 млн. км2, или 29%, — на сушу.

Материки образуют как бы огромные островные массивы на по­ верхности Мирового океана общей площадью 139 млн. км2. Осталь­ ные 10 млн. км2 суши составляют острова в морях и океанах.

Мировой океан подразделяется на четыре океана — Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый.

Большая часть суши находится к северу от экватора: в северном полушарии — весь материк Евразии, вся Северная Америка, поло­ вина Африки и множество островов. Но все же водная поверхность здесь составляет 61% площади, а суша — только 39%. В южном полушарии расположены: южная часть Африки, Южная Америка, Антарктида, Австралия, а также много островов. Морская поверх­ ность здесь еще больше — 81%, а суши всего 19%.

Интересно «попарное» расположение материков. Огромной Азии как бы соответствует в южном полушарии почти в пять раз меньшая Австралия; небольшой Европе — огромная Африка; Северной Аме­ рике соответствует примерно равная по площади Южная Америка. Лишь Антарктида не имеет себе «пары» — у северного полюса на­ ходится противоположная материку глубокая впадина, заполненная водой Ледовитого океана.

Все материки в северном полушарии заходят далеко на север, а на юге до умеренных широт.

При этом материки как бы выклиниваются к югу, а с западной

Все континенты на севере около полюса сходятся, образуя кон­ тинентальную звезду, и на юге оканчиваются заостренными лопа­ стями (Африка, Америка, Австралия с Тасманией).

Попарно расположенные современные материки имеют еще ту особенность, что они отделены друг от друга глубокими впадинами — зонами разлома и недавних опусканий. Между Северной и Южной Америкой находятся глубокое Карибское море и Мексиканский залив. Глубокая впадина (свыше 4000 м) отделяет Африку от Европы — Средиземное море. Наконец, моря западной части Тихого океана, достигающие глубины 6500 м, отделяют Азию от Австралии.

Материки имеют вокруг себя мелководное пространство до глу­ бины 200 м, а далее идет резкий уступ (материковый склон) к большим глубинам океанов. Средняя глубина Мирового океана 3794 м,

28

а средняя высота суши над уровнем моря 875 м. Горы и равнины на материках, а также глубокие впадины на дне Мирового океана распределены не беспорядочно, а с некоторой закономерностью.

Горы на Земле образуют два гигантских «пояса». Один «пояс» состоит из Кордильер Америки, переходящих через Антарктиду в горы Австралии и далее — Восточной Азии. Другой «пояс» оги­ бает лишь часть Земли — его образуют горы Южной Европы и Азии от Пиренеев до Гималаев и горных цепей Индонезии.

Таким образом, на суше наибольшие поднятия (горы) распола­ гаются в основном по краям материков, а наибольшие глубины океанов приурочены к их периферическим частям. Поэтому и те и другие большей частью располагаются друг от друга в непосред­ ственной близости, что является характерной особенностью строения земной поверхности. Данные о наиболее высоких горных вершинах и глубочайших впадинах ложа Мирового океана приведены в табл. 1.

Т а б л и ц а 1 Абсолютные высоты вершин суши н глубины впадин ложа Мирового океана

Материки и океанические впадины представляют собой первич­ ный рельеф земного шара. Высоты менее 1000 м занимают по площади три четверти ее поверхности. Отсюда следует, что горы являются второстепенной деталью рельефа материков.

В океанах преобладают глубины от 3000 до 6000 м, занимающие около 3/4 их площади. Поэтому глубоководные океанические впа­ дины — такая же второстепенная деталь в рельефе морского дна, как и горы в рельефе суши.

Г л а в а 2

АТМОСФЕРА

§ 13. Состав и строение атмосферы

Атмосфера — газовая, воздушная оболочка, окружающая Землю. Атмосфера представляет собой механическую смесь небольшого числа газов: азот — 78,08%, кислород — 20,95%, аргон — 0,93% и углекислый газ — 0,03% (по объему). Кроме них в составе воздуха находятся в небольших количествах гелий, неон, ксенон, криптон,

29