властивості Земля не тільки успадкувала, а й у відомих межах ще й видозмінила їх. Ці властивості виникли, розвинулись і розвивають- ся разом з еволюцією Землі.

1.3. ФОРМА, РОЗМІРИ І БУДОВА ЗЕМЛІ

Земля має форму геоїда, тобто кулі, яка дещо сплющена з полю- сів. За розрахунками Г.Н. Каттельфельда (1962), Земля має форму тривісного кардіоїдального еліпсоїда — кардіоїда.

На поверхні Землі є великі нерівності рельєфу — глибокі океані- чні западини (наприклад, Маріанський жолоб у Тихому океані по- над 11 022 м) і високі гірські хребти (наприклад, Гімалаї з горою Джомолунгма заввишки 8 848 м). Нижче наведено основні дані про Землю:

Земля вкрита твердою кам’яною оболонкою — земною корою. Зе- мну кору вивчає геологія, гідросферу — гідрологія та океанологія, атмосферу — метеорологія та кліматологія.

1.4. ОБОЛОНКИ ЗЕМЛІ

Тіло Землі має концентрично-зональну будову. В центрі її роз- ташоване ядро. Навколо ядра розміщуються концентричні оболон- ки, або геосфери. Щільність геосфер стрибкоподібно збільшується від поверхні Землі до її центра. Геосфери Землі поділяють на зов- нішні і внутрішні. До зовнішніх належать атмосфера, гідросфера і біосфера, до внутрішніх — земна кора, мантія і ядро.

Концентричну будову Землі пояснюють процесами диференціації речовини, які відбуваються в її надрах. Основна причина диферен- ціації — обертання Землі навколо власної осі.

1.4.1. Зовнішні сфери Землі

Атмосфера — повітряна оболонка Землі, що зв’язана з нею силою тяжіння і бере участь в її добовому і річному обертанні. Склад при- земних шарів атмосфери такий, %: азот — 78,08; кисень — 20,95;

16

аргон — 0,93; інші гази — 0,01. Вміст вуглекислого газу за останні роки зріс від 0,03 до 0,045 %.

Гази, які містяться в повітрі, здійснюють колообіг: вони погли- наються з повітря рослинами і тваринами, а потім знову надходять

уповітря, воду або гірські породи.

Ватмосферу потрапляють леткі органічні речовини, дим проми- слових підприємств, відпрацьовані гази автомобілів і вулканічні викиди (сірчистий газ і хлор).

Важлива частина атмосфери — водяна пара. На її частку припа- дає 3 % за об’ємом. Вона є джерелом опадів і збільшує щільність по- вітря.

Атмосфера частково поглинає і розсіює сонячну радіацію. Із за- гального випромінювання, яке надходить від Сонця в бік Землі, близько 31 % відбивається назад у космічний простір, а 69 % витра- чається на нагрівання атмосфери, поверхні материків і океанів.

Велику роль відіграє атмосферний тиск. Внаслідок його перепа- дів повітря постійно знаходиться у русі. Повітряні маси нерівномір- но розподіляють вологу по всій земній кулі. Від їх стану залежить погода.

Атмосферу поділяють на п’ять основних шарів, або сфер: тропо-

сферу, стратосферу, мезосферу, іоносферу та екзосферу. Для геології найцікавішою є найнижча — тропосфера, яка безпосередньо взає- модіє із земною поверхнею і тому істотно впливає на неї.

На відміну від інших оболонок атмосфери тропосфера характе- ризується більшою щільністю, постійною наявністю водяної пари, вуглекислого газу і пилу, поступовим зниженням температури з ви- сотою, існуванням вертикальної і горизонтальної циркуляції повіт- ря.

Температурний режим тропосфери обумовлений теплотою, яку вона одержує від нагрітої поверхні Землі. Зі збільшенням висоти температура повітря атмосфери знижується в середньому на 0,5 – 0,6 град на кожні 100 м. На висоті 10 – 12 км вона в середньому до- рівнює –55 °С.

Гідросфера включає всі води морів, океанів, річок, озер, а також материковий лід Арктики та Антарктиди. З гідросферою тісно пов’язані підземні води. За даними В.І. Вернадського, об’єм океані- чної води становить 1370 млн км3, води суходолу — 4 млн км3, ма- терикового льоду 16 – 20 млн км3, підземних вод — 400 млн км3. Отже, об’єм усієї природної води дорівнює близько 1,8 млрд км3.

Гідросфера на відміну від інших геосфер не утворює суцільної оболонки навколо Землі. Вона займає 70,8 % земної поверхні. Сере- дня глибина гідросфери 3,75 км. Найбільшу глибину — 11 км — вона має в районі Філіппінської западини.

17

У складі гідросфери в основному переважають такі елементи: ки- сень і водень (96,69 %), натрій і хлор (3 %). Гідросфера взаємодіє з іншими сферами Землі, тому в ній у незначних концентраціях є всі без винятку елементи періодичної системи Д.І. Менделєєва.

Біосфера — зовнішня оболонка Землі, зона активного життя ор- ганізмів, яка охоплює нижню частину атмосфери (близько 12 – 16 км), гідросферу і верхню частину земної кори (близько 3 – 4 км). Загалом її товща невелика (25 – 30 км).

Біосфера відіграє важливу роль в еволюції Землі: бере участь як у створенні гірських порід, так і в процесах їх руйнування. Заснов- ник біогеохімії В.І.Вернадський під час вивчення біосфери та її ролі в переміщенні, концентруванні і розсіюванні хімічних елементів у земній корі дійшов висновку, що на земній поверхні немає хімічної сили, більш постійно діючої і могутнішої за своїм кінцевим резуль- татом, ніж живі організми.

За розрахунками, загальна маса живої речовини дорівнює близько 1012 т, що становить не більше 1/100 000 частки відсотка маси земної кори. Проте внаслідок високої активності живих організмів їх роль в еволюції Землі надзвичайно велика і її по- вною мірою можна порівняти з геологічною дією води, вітру, льо- ду тощо.

Сьогодні на Землі налічується понад 500 000 видів рослин і понад 1 млн видів тварин. Безліч мікроорганізмів населяють усі сфери Землі. У процесі життя кожен організм поглинає з навко- лишнього середовища ту чи іншу кількість хімічних елементів і потім вже в інших сполуках виділяє їх назад. Отже, кількість ре- човини, яка пропускається і переробляється живими організма- ми, величезна.

1.4.2. Внутрішні сфери Землі

За геофізичними даними встановлено, що Земля складається з неоднорідних за складом і різних за потужністю сфер (рис. 1.6): 1) зовнішньої, або земної кори (від 5 до 75 км); 2) проміжної, або мантії Землі (до 2900 км); 3) земного ядра, яке поділяють на внутрішнє і зовнішнє (радіусом близько 3470 км).

Земною корою називають зовнішню тверду оболонку Землі. По- рівняно з іншими оболонками для неї характерна найбільш неод- норідна будова. За глибиною (зверху вниз) у ній виділяють три ша- ри: осадовий, гранітний і базальтовий (рис. 1.7).

Осадовий шар переважно складений відносно м’якими, інколи й пухкими породами, які утворилися внаслідок осадження речовини у водних або повітряних умовах поверхні Землі.

18

Більшість осадо- вих гірських порід мають шарувату будову, тобто заля- гають у вигляді по- рівняно тонких ша- рів, які обмежені паралельними пло- щинами. Щільність їх від 1,00 до 2,65 г/см3. Потуж- ність осадового ша- ру коливається від декількох метрів до

10 – 15 км. На по-

верхні Землі є ді- лянки, де осадовий шар відсутній зо- всім.

Рис. 1.6. Будова Землі:

1— земна кора; 2 — верхня мантія; 3 — мантія; 4 — зовнішнє ядро; 5 — внутрішнє ядро

Рис. 1.7. Будова земної кори:

1 — гідросфера; 2 — осадові породи; 3 — гранітний шар; 4 — базальтовий шар; 5 — магматичні осередки; 6 — верхня мантія

19

хвиль в її товщі виділяють три шари (рис. 1.8): верхній В (на глиби- ні від 8 до 400 км), перехідний С (на глибині від 400 до 900 км) і нижній D (на глибині від 900 до 2900 км).

Шар В, або верхня мантія, складається в основному із залізисто- магнезіальних силікатів типу оливіну і піроксену. Лужна базальто- ва лава, яка підіймається зі значних глибин, іноді захоплює і вино- сить на поверхню окремі уламки речовини мантії, які за складом відповідають ультраоснóвним породам. Із верхньою мантією пов’язані явища вулканізму, більшість землетрусів та тектонічні процеси.

Уперехідному шарі С тиск досягає 24,6 ГПа. Тому речовина, яка входить до його складу, перебуває у твердому стані і має щільність

4,68 г/см3.

Нижній шар D, на думку вчених, має однорідний склад і містить речовини, багаті на оксиди заліза, магнію і меншою мірою на алю- міній і титан. Щільність речовини в ньому коливається від 5,69 до

9,40 г/см3.

Межа між мантією і ядром проходить на глибині 2900 км, де за- ломлюються і частково відбиваються поздовжні сейсмічні хвилі.

Ядро. За розрахунками вчених, щільність ядра Землі має відповідати щільності заліза за відповідного тиску. Тому значно- го поширення набула гіпотеза про залізисто-нікелевий склад ядра, який виявляє магнітні властивості. Такий склад ядра пояс- нюють первинною диференціацією речовини за щільністю. Поряд із цією гіпотезою визнається гіпотеза про ідентичність речовини ядра, яке знаходиться в особливому, начебто «металізованому» стані, і речовини мантії. Надвисокий тиск всередині ядра галь- мує плавлення його речовини, надаючи їй властивостей важких металів.

Ядро Землі поділяють на внутрішню і зовнішню частини (див. рис. 1.8). У зовнішньому ядрі тиск досягає 150 ГПа, а щільність ре- човини — 12 г/см3. Поздовжні сейсмічні хвилі проходять ядро зі швидкістю від 8,1 до 10,4 км/с, всередині його — зі швидкістю до

9,5 км/с.

Увнутрішньому ядрі тиск досягає 350 ГПа, а щільність речови- ни — 17,3 – 17,9 г/см3. Можливо, підвищення щільності речовини тут пов’язане з руйнуванням під впливом високого тиску електрон- них оболонок у деякої частини атомів та їх зближенням.

21