Земля (планета)
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Земля (планета)

Земля (планета)

Земля (від спільнослов'янського зем — пів, низ), третя по порядку від Сонця планета Сонячної системи, астрономічний знак Å або ♀.

загрузка...

  I. Введення

  З. займає п'яте місце за розміром і масою серед великих планет, але з планет т.з. земної групи, в яку входять Меркурій, Венера, Земля і Марс, вона є найбільшою (см. Планети ). Найважливішою відмінністю З. від ін. планет Сонячної системи є існування на ній життя, що досягло з появою людини своєї вищої, розумнішої форми. Умови для розвитку життя на найближчих до З. тілах Сонячної системи несприятливі; населені тіла за межами останньої доки також не виявлені (див. Позаземні цивілізації ). Проте життя — природний етап розвитку матерії, тому З. не можна вважати єдиним населеним космічним тілом Всесвіту, а земні форми життя — її єдино можливими формами.

  Згідно з сучасними виставами космогоній, З. утворилася ~4,5 млрд. років назад шляхом гравітаційної конденсації з розсіяної в навколосонячному просторі газо-пилової речовини, що містить всі відомі в природі хімічні елементи (див. Космогонія ). Формування З. супроводилося диференціацією речовини, якою сприяло поступове розігрівання земних надр, в основному за рахунок теплоти, що виділялася при розпаді радіоактивних елементів (урану, торія, калія і ін.). Результатом цій диференціації з'явилося розділення З. на концентрично розташовані шари — геосфери, що розрізняються хімічним складом, агрегатним станом і фізичними властивостями. У центрі утворилося ядро Землі, оточене т.з. мантією (див. Мантія Землі ). З найбільш легких і легкоплавких компонентів речовини, що виділилися з мантії в процесах виплавлення> (див. Зонне плавлення ), виникла розташована над мантією земна кора . Сукупність цих внутрішніх геосфер, обмежених твердою земною поверхнею, інколи називають «твердими» З. (хоча це не зовсім точно, оскільки встановлено, що зовнішня частина ядра володіє властивостями в'язкої рідини). «Тверда» З. укладає майже всю масу планети (див. таблиці. 1). За її межами знаходяться зовнішні геосфери — водна ( гідросфера ) і повітряна ( атмосфера ) , які сформувалися з пари і газів, що виділилися з надр З. при дегазації мантії. Диференціація речовини мантій З. і поповнення продуктами диференціації земної кори, водної і повітряної оболонок відбувалися на протязі всієї геологічної історії і продовжуються до цих пір.

  Таблиця. 1. Схема будови Землі (без верхньої атмосфери і магнітосфери)

Геосфери

Відстань ніжней* кордону від поверхні Землі, км.

Об'єм, 10 18 м 3

Маса, 10 21 кг

Доля маси геосфери від маси Землі %

Атмосфера, до висоти

2000**

1320

~0,005

~ 10 -6

Гідросфера

до 11

1,4

1,4

0,02

Земна кора

5-70

10,2

28

0,48

Мантія

до 2900

896,6

4013

67,2

Ядро

6371 (центр З.)

175,2

1934

32,3

Вся Земля (без атмосфери)

 

1083,4

5976

100,0

    *Кроме атмосфери.

  **Атмосфера в цілому тягнеться до висоти ~ 20 тис. км.

 

  Таблиця. 2. — Материки (з островами)

Назва материка

Площа, млн. км 2

Середня висота, м-код

Найбільша висота гір на материку, м*

Євразія

 

53,45

840

8848

Африка

30.30

750

5895

Північна Америка

24,25

720

6194

Південна Америка

18,28

590

6960

Антарктида

13,97

2040

5140

Австралія (з Океанією)

8,89

340

2230

* Зверху вниз по колонці вершини: Джомолунгма (Еверест), Кіліманджаро, Мак-Кинлн, Аконкагуа, масив Вінсон, Косцюшко. Найбільш висока вершина Океанії — р. Джая, 5029 м-код (на острові Нова Гвінея).

  Таблиця. 3. — Океани

Назва океану

Поверхня дзеркала, млн. км 2

Середня глибина, м-код

Найбільша глибина, м-код

Тіхий

179,68

3984

11022

Атлантичний

93,36*

3926

8428

Індійський

74,92

3897

7130

Північний Льодовитий

13,10

1205

5449

* По ін. даним, 91,14 млн. км 2 .

  Велику частину поверхні З. займає Світовий океан (361,1 млн. км 2 , або 70,8%), суша складає 149,1 млн. км 2 (29,2%) і утворює шість крупних масивів — материків: Євразію, Африку, Північну Америку, Південну Америку, Антарктиду і Австралію (див. таблиці. 2), а також багаточисельні острови. З діленням суші на материки не збігається ділення на частини світла: Євразію ділять на дві частини світу — Європа і Азія, а обидва американські материки вважають за одну частину світу — Америку, інколи за особливу «океанічну» частину світу приймають острови Тихого океану — Океанію, площа якої зазвичай враховується разом з Австралією.

  Світовий океан розчленовується материками на Тихий, Атлантичний, Індійський і Північний Льодовитий (див. таблиці. 3); деякі дослідники виділяють пріантарктічеськие частини Атлантичного, Тихого і Індійського океанів в особливий, Південний, океан.

  Північна півкуля З. — материкове (суша тут займає 39% поверхонь), а Південне — океанічне (суша складає лише 19% поверхонь). У Західній півкулі переважаюча частина поверхні зайнята водою, в Східному — сушею.

  Узагальнений профіль суші і дна океанів утворює два гігантські «рівні» — материкову і океанічну. Перша піднімається над другою в середньому на 4670 м-коду (середня висота суші 875 м-коду ; середня глибина океану близько 3800 м-код ). Над рівнинною поверхнею материкового «рівня» підносяться гори, окремі вершини яких мають висоту 7—8 км. і більш. Висока вершина світу — м. Джомолунгма в Гімалаях — досягає 8848 м. Вона підноситься над якнайглибшим пониженням дна океану (Маріанський глибоководний жолоб в Тихому океані 11 022 м-коду ) майже на 20 км. Див. Гипсографічеськая крива .

  З . володіє гравітаційним, магнітним і електричним полями. Гравітаційне тяжіння З. утримує на навколоземній орбіті Місяць і штучні супутники. Дією гравітаційного поля обумовлені сферична форма З., багато меж рельєфу земної поверхні, перебіг річок, рух льодовиків і ін. процеси.

  Магнітне поле створюється в результаті складного руху речовини в ядрі З. (див. Земний магнетизм ). У міжпланетному просторі воно займає область, об'єм якої набагато перевершує об'єм З., а форма нагадує комету з хвостом, направленим від Сонця. Цю область називають магнітосферою.

  З магнітним полем З. тісно зв'язане її електричне поле. «Тверда» З. несе негативний електричний заряд, який компенсується об'ємним позитивним зарядом атмосфери, так що в цілому З., мабуть, електронейтральна (див. Атмосферна електрика ).

  В просторі, обмеженому зовнішньою межею геофизичних полів З. (головним чином в магнітосфері і атмосфері), відбувається послідовна і глибока зміна первинних космічних чинників — поглинання і перетворення сонячних і галактичних космічних променів, сонячного вітру, рентгенівського, ультрафіолетового, оптичного і радіовипромінювань Сонця, що має важливе значення для процесів, що протікають на земній поверхні. Затримуючи велику частину жорсткою електромагнітною і корпускулярною радіації, магнітосфера і особливо атмосфера захищають від їх смертоносної дії живі організми.

  З. отримує 1,7-10 17 г дж/сек (або 5,4 X 10 24 дж/год ) променистої енергії Сонця, але лише близько 50% цієї кількості досягає поверхні З. і служить головним джерелом енергії більшості процесів, що відбуваються на ній.

  Поверхня З., гідросферу, а також прилеглі шари атмосфери і земної кори об'єднують під назвою географічною, або ландшафтною, оболонки. Географічна оболонка з'явилася ареною виникнення життя, розвитку якого сприяла наявність на З. певних фізичних і хімічних умов, необхідних для синтезу складних органічних молекул. Пряма або непряма участь живих організмів в багатьох геохімічних процесах з часом придбала глобальні масштаби і якісно змінило географічну оболонку, перетворивши хімічний склад атмосфери, гідросфери і частково земної кори. Глобальний ефект в хід природних процесів вносить і діяльність людини. Зважаючи на величезне значення живої речовини як геологічного агента вся сфера поширення життя і біогенних продуктів була названа біосферою .

  Сучасні знання про З., її формі, будові і місці у Всесвіті формувалися в процесі довгих шукань. Ще в глибокій старовині робилися багато спроб дати загальне уявлення про форму З. Індуси, наприклад, вірили, що З. має форму лотоса. Вавілоняни, як і багато ін. народи, рахували З. плоским диском, оточеним водою. Проте ще близько 3 тис. років назад почали формуватися і правильні вистави. Халдеї першими відмітили на підставі спостережень місячних затемнень, що З. — шарообразна. Піфагор, Парменід (6—5 вв.(століття) до н.е.(наша ера)) і Арістотель (4 ст до н.е.(наша ера)) намагалися дати цьому наукове обгрунтування. Ератосфен (3 ст до н.е.(наша ера)) зробив першу спробу визначити розміри З. по довжині дуги меридіана між містами Александрією і Сиеной (Африка). Більшість античних учених рахували З. центром світу. Якнайповніше розробив цю геоцентричну концепцію Птолемей в 2 ст Проте значно раніше Аристарх Самосський (4—3 вв.(століття) до н.е.(наша ера)) розвивав геліоцентричні вистави, вважаючи центром світу Сонце. В середні віки уявлення про кулястість З. і її русі заперечувалися, як що перечать священному писанню, і оголошувалися єрессю. Ідея кулястості З. знов завоювала визнання лише в епоху Відродження, з початком Великих географічних відкриттів. У 1543 Коперник науково обгрунтував геліоцентричну систему світу, згідно якої З. і ін. планети звертаються довкола Сонця. Але цьому ученню довелося витримати тривалу жорстоку боротьбу з геоцентричною системою, яку продовжувала підтримувати християнська церква. З цією боротьбою пов'язані такі трагічні події, як спалювання Дж. Бруно і вимушене зречення від геліоцентричних представлень Р. Галілея. Остаточне затвердження геліоцентричної системи зобов'язане відкриттю на початку 17 ст І. Кеплером законів руху планет і обгрунтуванням в 1687 І. Ньютоном закону усесвітнього тяжіння.

  Структура «твердої» З. була з'ясована головним чином в 20 ст завдяки досягненням сейсмології .

  Відкриття радіоактивного розпаду елементів привело до того, що корінному передивляється багатьох фундаментальних концепцій. Зокрема, уявлення про спочатку вогненно-рідкий стан З. було замінено ідеями про її освіту із скупчень холодних твердих часток (див. Шмідта гіпотеза ). На основі радіоактивного розпаду були розроблені також методи визначення абсолютного віку гірських порід, що дозволили об'єктивно оцінювати тривалість історії З. і швидкість процесів, що протікають на її поверхні і в надрах.

  В 2-ій половині 20 ст в результаті використання ракет і супутників сформувалися уявлення про верхні шари атмосфери і магнітосфері.

  З. вивчають багато наук. Фігурою і розмірами З. займається геодезія, рухами З. як небесного тіла — астрономія, силовими полями — геофізика (частково астрофізика), яка вивчає також фізичний стан речовини З. і фізичні процеси, що протікають у всіх геосферах. Закони розподілу хімічних елементів З. і процеси їх міграції досліджує геохімія. Речовий склад літосфери і історію се розвитку вивчає комплекс геологічних наук. Природні явища і процеси, що відбуваються в географічній оболонці і біосфері, є областю наук географічних і біологічних циклів. Земних проблем стосуються також науки, що вивчають закони взаємодії природи і суспільства.

  II. Земля як планета.

  З. — третя по відстані від Сонця велика планета Сонячної системи. Маса З. рівна 5976·10 21 кг, що складає 1 / 448 долю маси великих планет і 1 / 330000 маси Сонця. Під дією тяжіння Сонця З., як і ін. тіла Сонячної системи, обертається довкола нього по еліптичній (що мало відрізняється від круга) орбіті. Сонце розташоване в одному з фокусів еліптичної орбіти З., унаслідок чого відстань між З. і Сонцем протягом року міняється від 147,117 млн. км. перигелії ) до 152,083 млн. км. афелії ) . Велика піввісь орбіти З., рівна 149,6 млн. км., береться за одиницю при вимірі відстаней в межах Сонячної системи (див. Астрономічна одиниця ). Швидкість руху З. по орбіті, рівна в середньому 29,765 км/сек вагається від 30,27 км/сек (у перигелії) до 29,27 км/сек (у афелії). Разом з Сонцем З. бере участь також в русі довкола центру Галактики, період галактичного звернення складає близько 200 млн. років, середня швидкість руху 250 км/сек. Відносно найближчих зірок Сонце разом із З. Двіжется з швидкістю ~ 19,5 км/сек у напрямі сузір'я Геркулеса.

  Період звернення З. довкола Сонця званий роком, має декілька різну величину залежно від того, по відношенню до яких тіл або точок небесної сфери розглядається рух З. і пов'язаний з ним рух Сонця, що здається, по піднебінню. Період звернення, відповідний проміжку часу між двома проходженнями Сонця через точку весняного рівнодення, називається тропічним роком. Тропічний рік покладений в основу календаря, він рівний 365,242 середніх сонячних діб.

  Плоскість земної орбіти (плоскість екліптики ) нахилена в сучасну епоху під кутом 1,6° до т.з. Лапласа незмінної плоскості, перпендикулярною головному вектору моменту кількості рухи всієї Сонячної системи. Під дією тяжіння ін. планет положення плоскості екліптики, а також форма земної орбіти повільно змінюються впродовж мільйонів років. Нахил екліптики до плоскості Лапласа при цьому міняється від 0° до 2,9°, а ексцентриситет земної орбіти від 0 до 0,067. У сучасну епоху ексцентриситет дорівнює 0,0167, убуваючи на 4·10 -7 в рік. Якщо дивитися на З., піднявшись над Північним полюсом, то орбітальний рух З. Проїсходіт проти годинникової стрілки, тобто в тому ж напрямі, що і її осьове обертання, і звернення Луни довкола З.

  Природний супутник З. — Луна звертається довкола З. по еліптичній орбіті на середній відстані 384 400 км. (~60,3 середнього радіусу З.). Маса Луни складає 1:81,5 долю маси З. (73,5·10 21 кг ) . Центр мас системи Земля — Луна отстоїт від центру З. на 3 / 4 її радіусу. Обидва тіла — З. і Луна — звертаються довкола центру мас системи. Відношення маси Луни до маси З. — найбільше серед всіх планет і їх супутників в Сонячній системі, тому систему З. — Луна часто розглядають як подвійну планету.

  З. має складну форму, визначувану спільною дією гравітації, відцентрових сил, викликаних осьовим обертанням З., а також сукупністю внутрішніх і зовнішніх рельефообразующих сил. Приблизно як форма (фігури) З. приймають уровенную поверхню гравітаційного потенціалу (тобто поверхню, в усіх точках перпендикулярну до напряму схилу), співпадаючу з поверхнею води в океанах (за відсутності хвиль, приливів, течій і обурень, викликаних зміною атмосферного тиску). Цю поверхню називають геоїдом . Об'єм, обмежений цією поверхнею, вважається об'ємом З. (т. о., в нього не входить об'єм тієї частини материків, яка розташована вище за рівень морить). Середнім радіусом З. називають радіус кулі того ж об'єму, що і об'єм геоїда. Для вирішення багатьох наукових і практичних завдань геодезії, картографії і ін. як форма З. приймають земний еліпсоїд . Знання параметрів земного еліпсоїда, його положення в телі З., а також гравітаційного поля Землі має велике значення в астродинаміці, що вивчає закони руху штучних космічних тіл. Ці параметри вивчаються шляхом наземних астрономо-геодезічніх і гравіметричних вимірів (див. Геодезія, Гравіметрія ) і методами супутниковій геодезії .

  Унаслідок обертання З. точки екватора мають швидкість 465 м/сек, а крапки, розташовані на широті j, — швидкість 465cosj ( м/сек ) , якщо рахувати З. кулею. Залежність лінійної швидкості обертання, а отже, і відцентрової сили від широти приводить до відмінності значень прискорення сили тяжіння на різних широтах (див. таблиці. 4).

  Обертання З. довкола своїй осі викликає зміну дня і ночі на її поверхні. Період обертання З. визначає одиницю часу — доба . Вісь обертання З. відхилена від перпендикуляра до плоскості екліптики на 23° 26,5'' (в середині 20 ст); у сучасну епоху цей кут зменшується на 0,47“ за рік. При русі З. по орбіті довкола Сонця її вісь обертання зберігає майже постійний напрям в просторі. Це приводить до зміни пір року . Гравітаційний вплив Луни, Сонця, планет викликає тривалі періодичні зміни ексцентриситету орбіти і нахилу осі З., що є одній з причин багатовікових змін клімату.

  Таблиця. 4. — Геометричні і фізичні характеристики Землі

Екваторіальний радіус

6378,160 км.

Полярний радіус

6356,777 км.

Стискування земного еліпсоїда

1:298,25

Середній радіус

6371,032 км.

Довжина кола екватора

40075,696 км.

Поверхня

510,2 ×10 6 км 2

Об'єм

1,083 ×10 12 км 3

Маса

5976 × 10 21 кг

Середня щільність

5518 кг/м 3

Прискорення сили тяжіння (на рівні моря)

 

  а) на екваторі

9,78049 м/сек 2

  би) на полюсі

9,83235 м/сек 2

  в) стандартне

9,80665 м/сек 2

Момент інерції відносно осі обертання

8,104 × 10 37 кг × м 2

  Період обертання З. систематично збільшується під впливом місячних і у меншій мірі сонячних приливів (див. Обертання Землі ). Тяжіння Луни створює приливні деформації як атмосфери і водної оболонки, так і «твердими» З. Оні направлені до притягуючого тіла і, отже, переміщаються по З. при її обертанні. Приливи в земній корі мають амплітуду до 43 см, у відкритому океані — не більш за 1 м-код , в атмосфері вони викликають зміну тиску в декілька сотів н/м 2 (декілька мм рт. ст. ). Приливне тертя, супроводжуюче рух приливів, приводить до втраті системою Земля — Луна енергії і передачі моменту кількості руху від З. до Луне. В результаті обертання З. сповільнюється, а Луна віддаляється від З. Ізученіє місячних і річних кілець зростання у викопних коралів дозволило оцінити число доби в році в минулі геологічні епохи (до 600 млн. років назад). Результати досліджень говорять про те, що період обертання З. довкола осі збільшується в середньому на декілька м/сек за століття (500 млн. років назад тривалість доби складала 20,8 ч ). Фактичне уповільнення швидкості обертання З. декілька менше того, яке відповідає передачі моменту Луне. Це вказує на вікове зменшення моменту інерції З., мабуть, пов'язане із зростанням щільного ядра З. або з переміщенням мас при тектонічних процесах. Швидкість обертання З. декілька міняється протягом року також унаслідок сезонних переміщень повітряних мас і вологи. Спостереження траєкторій штучних супутників З. дозволили з високою точністю встановити, що сплюснутость З. дещо більше тієї, яка відповідає сучасній швидкості її обертання і розподілу внутрішніх мас. Мабуть, це пояснюється високою в'язкістю земних надр, що приводить до того, що при уповільненні обертання З. е