Планета Земля и её сходства и различия с другими планетами земной группы

Планета Земля и её сходства и различия с другими планетами земной группы.

Земля как одна из планет Солнечной системы на первый взгляд ничем не примечательна. Это  не самая большая, но и не самая  малая из планет. Она не ближе  других к солнцу, но и не обитает  на периферии планетной системы. И всё же Земля обладает одной  уникальной особенностью – на ней  есть жизнь. Однако при взгляде на Землю из космоса это не заметно. Хорошо видны облака, плавающие в  атмосфере. Сквозь просветы в них  различимы материки. Большая же часть  Земли покрыта океанами.

Появление жизни, живого вещества –  биосферы – на нашей планете явилось  следствием её эволюции. В свою очередь  биосфера оказала значительное влияние  на весь дальнейший ход природных  процессов. Так, не будь жизни на Земле, химический состав её атмосферы был  бы совершенно иным.

Несомненно, всестороннее изучение Земли имеет громадное  значение для человечества, но знания о ней служат также своеобразной отправной точкой при изучении остальных  планет земной группы.

Планеты, относящиеся  к земной группе - Меркурий, Венера, Земля, Марс, Плутон - имеют небольшие  размеры и массы средняя плотность этих планет в несколько раз превосходит плотность воды; они медленно вращаются вокруг своих осей; у них мало спутников (у Меркурия и Венеры их вообще нет, у Марса - два, у Земли - один).

Сходство планет земной группы не исключает и некоторого различия. Например, Венера, в отличие  от других планет, вращается в направлении, обратном ее движению вокруг Солнца, причем в 243 раза медленнее Земли. Период обращения  Меркурия (т. е. год этой планеты) только на 1/3 больше периода его вращения вокруг оси.

Углы наклона осей к плоскостям их орбит у Земли  и у Марса примерно одинаковы, но совсем иные у Меркурия и Венеры. Такие же, как у Земли, времена  года есть, следовательно, на Марсе, хотя почти в два раза продолжительнее, чем на Земле.

Возможно, к планетам земной группы отнести и далекий  Плутон - самую маленькую из 9 планет. Средний диаметр Плутона около 2260 км. Лишь вдвое меньше диаметр  Харона - спутника Плутона. Поэтому  не исключено, что система Плутон - Харон, как и система Земля - Луна, представляет собой "двойную планету".

Сходства и различия обнаруживаются также в атмосферах планет земной группы. В отличие  от Меркурия, который, как и Луна, практически лишен атмосферы, Венера и Марс обладают ею.

Венера имеет очень  плотную атмосферу, в основном состоящую  из углекислого газа и сернистых  соединений. Атмосфера Марса наоборот чрезвычайно разрежена и также  бедна кислородом, азотом. Давление у поверхности Венеры почти в 100 раз больше, а у Марса почти  в 150 раз меньше, чем у поверхности  Земли.

Температура у поверхности  Венеры очень высокая (около 500 град С) и остается все время почти одинаковой. Высокая температура поверхности Венеры обусловлена парниковым эффектом. Густая плотная атмосфера пропускает лучи Солнца, но задерживает инфракрасное тепловое излучение, идущее от нагретой поверхности.

Газ в атмосферах планет земной группы находится в  непрерывном движении. Нередко во время пылевых бурь, которые длятся по нескольку месяцев, огромное количество пыли поднимается в атмосферу Марса. Ураганные ветры зафиксированы в атмосфере Венеры на высотах, где расположен облачный слой (от 50 до 70 км над поверхностью планеты), но вблизи поверхности этой планеты скорость ветра достигает всего лишь нескольких метров в секунду.

Планеты земной группы, подобно Земле и Луне, имеют  твердые поверхности. Поверхность Меркурия, изобилующая кратерами, очень напоминает лунную. "Морей" там меньше, чем на Луне, причем они небольшие. Как и на Луне, большинство кратеров образовались в результате падений метеоритов. Там, где кратеров немного, мы видим сравнительно молодые участки поверхности.

Каменистая пустыня и множество  отдельных камней видны на первых фототелевизионных панорамах, переданных с поверхности Венеры автоматическими  станциями серии "Венера". Радиолокационные наземные наблюдения обнаружили на этой планете множество неглубоких кратеров, диаметры которых от 30 до 700 км. В  целом эта планета оказалась  наиболее гладкой из всех планет земной группы, хотя и на ней есть большие  горные массивы и протяженные  возвышенности, вдвое превышающие  по размерам земной Тибет.

Почти 2/3 поверхности  Земли занимают океаны, но на поверхности  Венеры и Меркурия воды нет.

Изобилует кратерами  и поверхность Марса. Особенно много  их в южном полушарии планеты. Темные области, занимающие значительную часть поверхности планеты, получили название морей. Диаметры некоторых  морей превышают 2000 км. Возвышенности, напоминающие земные континенты, представляющие собой светлые поля оранжево-красного цвета, названы материками. Как и  на Венере, здесь есть огромные вулканические  конусы.

Химический  состав Земли и  метеоритов

Мы знаем, что в  метеоритах не встречается таких  химических элементов, каких нет  на Земле, но в какой мере количественная пропорция разных химических элементов  в Земле и в метеоритах сходна?

К сожалению, анализировать  состав Земли, недра которой от нас  скрыты, очень трудно. Даже при вулканических  извержениях на поверхность изливаются сравнительно неглубоко лежащие  массы. Из чего состоят недра Земли, можно судить только косвенно, изучая степень сжатия Земли, небольшие  периодические изменения ее формы  под действием притяжения Луны и  Солнца и главным образом изучая распространение в ее толще тех  колебаний, которые возникают при  землетрясениях. При этом выясняются твердость и упругость земных недр, изменение плотности в них  и сама плотность. Кроме того, обнаружено, что в земной коре более глубокие породы богаче железом.

Совокупность этих данных и разные другие соображения  приводили к заключению, что наша Земля имеет железистое плотное  ядро, окруженное каменистой оболочкой, твердой лишь снаружи. Толщина этой твердой корки не превышает 200 км.

Наша Земля - это  вишня с плотным ядром-«косточкой», только ее каменная «мякоть» действительно  своего рода мякоть, она пластична, да и ядро, будучи очень плотным, все же не является твердым в обычном  смысле. Вещество в недрах Земли  находится в совершенно особом состоянии  под действием высокой температуры  и огромного давления. Мы еще не можем в лаборатории создать  искусственно такие условия и  привести вещество в такое состояние, в котором находятся недра  земного шара.

В целом земной шар  отзывается на быстрые внешние воздействия  как стальной шарик, а на медленные, но упорные воздействия отзывается как комок глины или даже как  пузырь, наполненный водой. Таким  образом, Земля сочетает упругие  свойства со свойствами пластическими.  

При подсчете среднего химического состава Земли мы должны учесть, что состав земной коры с ее средней плотностью около 2,7 г/см3 не представляет состава всей Земли в целом, имеющей среднюю  плотность 5,5 г/см3, что вызвано увеличением  плотности с глубиной, доходящей  в центральном земном ядре до 11 г/см3.

Остальные химические элементы составляют по весу значительно  менее 1% каждый.

Правда, приведенный  средний (предполагаемый) состав Земли  установлен с учетом среднего состава  метеоритов, падающих на Землю.

Таким образом, эти  подсчеты используют мысль, что химический состав разных небесных тел должен быть сходен, но при составлении  этой таблички для Земли в расчет принимались не только метеориты, как  это мы сейчас увидим.

Принято, что в  мировом пространстве каменных метеоритов в 4 раза больше, чем железных, потому что таково примерно их соотношение  при падении на Землю сейчас. В  силу одного этого среди метеоритов на железо по весу приходится 38%. Ядро Земли, которое по его упругим свойствам  в основном можно было бы считать  тоже железным, имеет диаметр 3500 км, что установлено довольно точно. При плотности 11 г/см3 это дает около 1/3 от общей массы Земли, т. е. мы видим, что без всяких предположений  главный (по весу) химический элемент - железо - занимает одинаковое место  как в Земле, так и в общей  массе метеоритов.

Впрочем, в последнее  время приходят к выводу, что содержание железа в Земле и метеоритах в  среднем меньше, чем указано, и  что большая плотность земного  ядра в основном обусловлена не преобладанием  железа, а давлением.

В самой каменистой коре можно ожидать некоторого увеличения процентного содержания железа по мере опускания в глубину, что и  наблюдается. Если не привлекать к рассмотрению менее изученные глубинные породы, так называемые перидотитовые, и  ограничиться содержащими  наименьший процент железа гранитными породами (верхней частью земной коры, имеющей  толщину около 20 км) и платобазаль-товыми породами (слой толщиной 40 км, лежащий глубже), то мы можем получить данные, приведенные в табличке.

Земная кора содержит радиоактивные элементы, такие, как  уран и торий, и тепло, выделяющееся при их распаде, создает то повышение  температуры с глубиной, которое  наблюдается при опускании в  шахту.

В среднем на каждые 100 м глубины температура поднимается  на 3°, а иногда и больше, так что, например, спускаясь на Урале в  жестокий мороз в шахту, автор  обливался потом от жары. Если бы так продолжалось до самого центра Земли, то мы нашли бы там температуру  выше, чем на Солнце, чего, как уже  говорилось, нет. По-видимому, температура  в центре Земли доходит всего  лишь до 2000° и постепенно падает наружу, причем тем быстрее, чем ближе  к поверхности, через которую  Земля теряет тепло в пространство.

Радиоактивные элементы содержатся только в земной коре, и  более глубокие породы содержат их меньше. Внутри Земли теплота накапливается, а с поверхности теряется. Возможно, что в общем Земля медленно разогревается. 

Магнитное поле Земли

Земля — это гигантский магнит, вокруг которого образуется магнитное  поле. Магнитные полюса Земли не совпадают с истинными географическими  полюсами — северным и южным. Силовые  линии, идущие от одного магнитного полюса к другому, называются магнитными меридианами. Между магнитным и географическим меридианом образуется некоторый угол (около 11,5°), называемый магнитным склонением. Поэтому намагниченная стрелка  компаса точно показывает направление  магнитных меридианов, а направление  на северный географический полюс - лишь приблизительно.

Свободно подвешенная магнитная  стрелка располагается горизонтально  только на линии магнитного экватора, который не совпадает с географическим. Если двигаться к северу от магнитного экватора, то северный конец стрелки будет постепенно опускаться. Угол, образованный магнитной стрелкой и горизонтальной плоскостью, называют магнитным наклонением. На Северном магнитном полюсе (77° с.ш. и 102° з.д.) свободно подвешенная магнитная стрелка установится вертикально северным концом вниз, а на Южном магнитном полюсе (65° ю.ш. и 139° в.д.) её южный конец опустится вниз. Таким образом, магнитная стрелка показывает направление силовых линий магнитного поля над земной поверхностью.

Считается, что постоянное магнитное поле наша планета генерирует сама. Оно образуется из-за сложной  системы электрических токов, возникающих  при вращении Земли и перемещении  жидкого вещества в её внешнем  ядре. Положение магнитных полюсов  и распределение магнитного поля по земной поверхности со временем меняются. Магнитное поле Земли простирается до высоты около 100 тыс. км. Оно отклоняет  или захватывает частицы солнечного ветра, губительные для всех живых  организмов. Эти заряженные частицы  образуют радиационный пояс Земли, а  вся область околоземного пространства, в которой они находятся, называют магнитосферой.

Солнце посылает к Земле огромный поток энергии, состоящий из электромагнитного  излучения (видимого света, инфракрасного  и радиоизлучения); ультрафиолетового  и рентгеновского излучений; солнечных  космических лучей, возникающих  только во время очень сильных  вспышек; и солнечного ветра —  постоянного потока плазмы, образованного  главным образом протонами (ионы водорода). Электромагнитное излучение  Солнца приходит к Земле через 8 мин., а потоки частиц, приносящие основную часть возмущения от Солнца, двигаются  со скоростью около 1000 км/с и задерживаются на двое-трое суток. Основной причиной возмущений солнечного ветра, существенно влияющих на земные процессы, являются грандиозные выбросы вещества из короны Солнца. При движении к Земле они превращаются в магнитные облака и приводят к сильным, иногда экстремальным возмущениям на Земле. Особенно сильные возмущения магнитного поля Земли — магнитные бури — нарушают радиосвязь, вызывают интенсивные полярные сияния.

Внутреннее  строение Земли

Не просто «заглянуть»  в недра Земли. Даже самые глубокие скважины на суше едва преодолевают 10 – километровый рубеж, а под водой  удаётся, пройдя осадочный чехол, проникнуть в базальтовый фундамент не более  чем на 1.5 км. Однако нашёлся другой способ. Как в медицине рентгеновские  лучи позволяют увидеть внутренние органы человека, так при исследовании недр планеты на помощь приходят сейсмические волны. Скорость сейсмических волн зависит  от плотности и упругих свойств  горных пород, через которые они  проходят. Более того, они отражаются от границ между пластами пород разного типа и преломляются на этих границах.

По записям колебаний  земной поверхности при землетрясение – сейсмограммам – было установлено, что недра Земли состоят из трёх основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра.

Кора отделяется от оболочки отчётливой границей, на которой  скачкообразно возрастают скорости сейсмических волн, что вызвано резким повышением плотности вещества. Эта  граница носит название раздел Мохоровичича (иначе – поверхность Мохо или раздел М) по фамилии сербского сейсмолога, открывшего её в 1909 г.