23) Строение земли (геосферные оболочки)

Земля — наиболее крупный и наиболее сложный динамический объект из всех внутренних планет. На Земле еще продолжают идти процессы формирования геосфер, особенно коры, происходит движение литосферных плит, меняется положение континентов. Расстояние Земли от Солнца оказалось оптимальным для развития биосферы в отличие от других планет. Изменение этого расстояния на 20 % от существующего сделало бы невозможным стабильное существование биосферы (или само появление жизни), а при массе, меньшей на 25 %, наша планета не смогла бы удержать столь обширную атмосферу.

Геосферы — концентрические оболочки Земли, по которым рассматривать строение нашей планеты предложил австрийский геолог Э. Зюсс, давший в своем трехтомном труде «Лик Земли» историю земной коры на основе своей гипотезы, объяснявшей тектонические процессы и образование складчатости охлаждением и сжатием планеты. Некоторый собранный им материал еще не потерял ценности.

Земля окружена обширной атмосферой, давление у поверхности равно 0,1 МПа.

Земная атмосфера очень изменилась за свою историю. Верхняя ее граница лежит на высоте более 2000 км. Граница эта нечеткая, так как газы постепенно рассеиваются в космическое пространство. Поскольку с высотой атмосфера становится все более разреженной, основная ее масса сосредоточена в довольно узком слое: 50 % массы находится между уровнем моря и высотой 5 — 6 км, 90 % — на высоте до 16 км, 99 % — на высоте до 30 км. Так что с высотой над поверхностью Земли не только уменьшаются плотность, давление и температура воздуха, но меняются электрическое состояние и состав. Поэтому в ней выделяют несколько сфер. Тропосфера — нижний слой атмосферы, простирается в высоту на 8—12 км, а в тропиках — на 16—18 км. Она содержит почти весь водяной пар, поэтому в ней возникают облака, выпадают осадки, наблюдаются грозы. Примерно через каждый километр происходит понижение температуры на 1 °С. Это связано с прозрачностью воздуха для солнечных лучей, поэтому нагрев идет только от земной поверхности. Верхняя граница следующей области — стратосферы — располагается на высоте 50 — 55 км. В ней температура растет с высотой, хотя ее значение остается ниже нуля по Цельсию; в ней находится озоновый слой и почти нет водяного пара. Эти области разделены тонким слоем в несколько сот метров — тропопаузой. Мезосфера расположена выше и достигает высоты 80 км. Температура в ней с высотой вновь падает до -80 °С; образуются тонкие серебристые облака. Ионосфера (термосфера) расположена выше и достигает высоты 800 км. Где-то на высоте около 100 км температура поднимается до 0 °С, на высоте 150 — 200 км достигает 500 °С и растет далее. Данные, полученные со спутников, показали, что температура может колебаться в пределах 100 °С. Здесь газы находятся в ионизованном состоянии из-за действия ультрафиолетового и корпускулярного излучения Солнца. Ионизованный газ становится электропроводным, поэтому корпускулярное излучение Солнца под влиянием магнитного поля Земли отклоняется в сторону высоких широт, где наблюдается свечение — полярные сияния. Ионосфера влияет на распространение радиоволн, испытывающих отражение от ионизованных слоев. Самая верхняя часть атмосферы — экзосфера — сильно разреженная, но достаточно горячая.

Твердую оболочку Земли называют литосферой. Верхняя часть литосферы — это земная кора, достигающая толщины 35—65 км на континентах и 6 — 8 км — под дном океанов. Под корой расположена мантия, границей между этими слоями служит так называемый слой Мохоровичича. В этом слое скачкообразно возрастает скорость распространения сейсмических волн. На глубине 120 — 150 км под континентом и 60 — 400 км под океаном залегает слой мантии — астеносфера. Это — область с очень низкой вязкостью. Земная кора растрескалась на части, и литосферные плиты, плавая в астеносфере, медленно перемещаются относительно друг друга. Ниже астеносферы, примерно с глубины 410 км, давление на минералы становится очень велико, плотность сильно увеличивается. Сейсморазведка показывает, что на глубине 2920 км плотность становится 10080 кг/м3, тогда как до нее была 5560 кг/м3. Начинается область внешнего земного ядра, внутри которого находится внутреннее ядро радиусом 1250 км. Внешнее ядро — жидкое, так как через него не проходят поперечные волны. Кстати, с наличием жидкого ядра связывают существование магнитного поля Земли. Принято считать, что внутреннее ядро твердое. Возможно, что температура в центре достигает 105 К, а у нижней границы мантии — не выше 5000 К.