Наш дом

Планета, на которой мы живём, используется нами абсолютно во всех сферах нашей жизнедеятельности: мы строим не ней свои города и жилища; употребляем в пищу плоды растений, растущих на ней; используем в своих целях природные ресурсы, добываемые из её недр. Земля - это источник всех благ, доступных нам, наш родной дом. Но мало кто знает, что собой представляет строение Земли, в чём его особенности и чем оно интересно. Для людей, специально интересующихся данным вопросом, написана эта статья. Кто-то, прочитав её, освежит в памяти уже имеющиеся знания. А кто-то, возможно, узнает то, о чём не имел ни малейшего представления. Но прежде чем перейти к разговору о том, что характеризует внутренние строение Земли, стоит немного сказать и о самой планете.

Вкратце о планете Земля

Земля - третья от Солнца планета (перед ней находится Венера, за ней - Марс). Расстояние от Солнца - около 150 млн. км. Относится к группе планет, называемой "земной группой" (также к ней относят Меркурий, Венеру и Марс). Её масса составляет 5,98*10 27 , а объём равен 1,083*10 27 см³. Скорость движения по орбите равна 29,77 км/с. Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365,26 суток, а полный оборот вокруг собственной оси - за 23 часа 56 минут. На основании научных данных учёные сделали вывод, что возраст Земли приблизительно 4,5 миллиарда лет. Планета имеет форму шара, но очертания её иногда меняются вследствие неизбежных внутренних динамических процессов. Химический состав подобен составу остальных планет из земной группы - в нём преобладают кислород, железо, кремний, никель и магний.

Строение Земли

Земля состоит из нескольких составляющих - это ядро, мантия и земная кора. Обо всём понемногу.

Земная кора

Это верхний слой Земли. Именно его активно использует человек. И изучен данный слой лучше всех. В нём находятся залежи горных пород и минералов. Состоит он из трёх слоёв. Первый - осадочный. Представлен более мягкими горными породами, образовавшимися в результате разрушения твёрдых, отложениями остатков растений и животных, осаждениями различных веществ на дне мирового океана. Следующий слой - гранитный. Он образован из застывшей магмы (расплавленного вещества земных глубин, заполняющего трещины в коре) в условиях давления и высоких температур. Также этот слой содержит разные минералы: алюминий, кальций, натрий, калий. Как правило, данный слой отсутствует под океанами. После гранитного слоя идёт базальтовый, состоящий в основном из базальта (горной породы глубинного происхождения). В этом слое больше кальция, магния и железа. Данные три слоя содержат в себе все полезные ископаемые, которые использует человек. Толщина земной коры колеблется от 5 км (под океанами) до 75 км (под материками). Кора Земли составляет примерно 1% от общего её объёма.

Мантия

Находится под корой и окружает ядро. Составляет 83% от общего объёма планеты. Разделяется мантия на верхнюю (на глубине 800-900 км) и нижнюю (на глубине 2900 км) части. Из верхней части образуется магма, о которой мы упоминали выше. Состоит мантия из плотных силикатных пород, в которых содержатся кислород, магний и кремний. Также на основе сейсмологических данных, учёные пришли к заключению, что в основе мантии существует попеременно прерывающийся слой, состоящий из гигантских континентов. А они, в свою очередь, могли сформироваться в результате смешивания пород самой мантии с веществом ядра. Но ещё одним вариантом является то, что эти области могут представлять дно древних океанов. Нот это уже детали. Далее геологическое строение Земли продолжается ядром.

Ядро

Образование ядра объясняют тем, что в ранний исторический период Земли вещества с наибольшей плотностью (железо и никель) осели в центр и образовали ядро. Оно является наиболее плотной частью, представляющей строение Земли. Делится на расплавленное внешнее ядро (толщиной примерно 2200 км) и твёрдое внутреннее (диаметром примерно 2500 км). Составляет 16% от всего объёма Земли и 32% от всей её массы. Его радиус равен 3500 км. То, что происходит внутри ядра, мало поддаётся представлению - здесь температура свыше 3000°С и колоссальное давление.

Конвекция

Тепло, которое было накоплено за время образования Земли, и по сей день выделяется из её глубин по мере того, как охлаждается ядро и распадаются радиоактивные элементы. Не выходит оно на поверхность лишь благодаря тому, что есть мантия, породы которой имеют прекрасную теплоизоляцию. Но это тепло приводит в движение само вещество мантии - сначала раскалённые породы поднимаются вверх от ядра, а затем, охлаждаясь ею, снова возвращаются. Этот процесс называется конвекцией. Её результатом являются извержения вулканов и землетрясения.

Магнитное поле

Расплавленное железо, находящееся во внешнем ядре, обладает циркуляцией, которая создаёт электрические токи, порождающие магнитное поле Земли. Оно распространяется в космические дали и создаёт вокруг Земли магнитную оболочку, которая отражает потоки солнечного ветра (заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем) и защищает живые существа от смертельных излучений.

Откуда данные

Вся информация получается с помощью различных геофизических методов. На поверхности Земли сейсмологами (учёными, изучающими колебания Земли) устанавливаются сейсмологические станции, где регистрируются любые колебания земной коры. Наблюдая за активностью сейсмических волн в разных точках Земли, мощнейшие компьютеры воспроизводят картину того, что происходит в глубинах планеты аналогично тому, как рентген ”просвечивает” тело человека.

В заключение

Мы лишь немного поговорили о том, каково строение Земли. На самом деле изучать данный вопрос можно очень долго, т.к. он полон нюансов и особенностей. Для этой цели и существуют сейсмологи. Остальным же достаточно иметь о её строении общую информацию. Но ни в коем случае нельзя забывать о том, что планета Земля - это наш дом, без которого не было бы и нас. И относиться к ней нужно с любовью, уважением и заботой.

У земного шара есть несколько оболочек: — воздушная оболочка, — водная оболочка, — твердая оболочка.

Третья за отдаленностью от Солнца планета- Земля имеет радиус 6370 км, среднюю плотность- 5,5 г/см2. Во внутреннем строении Земли принято различать следующие слои:

земная кора — верхний слой Земли, в котором могут существовать живые организмы. Толщина земной коры может быть от 5 до 75 км.

мантия — твердый слой, который находится ниже земной коры. Его температура достаточно высока, однако вещество находится в твердом состоянии. Толщина мантии порядка 3 000 км.

ядро — центральная часть земного шара. Его радиус приблизительно 3 500 км. Температура внутри ядра очень высока. Считается, что ядро состоит в основном из расплавленного металла,
предположительно — железа.

Земная кора

Выделяют два основных типа земной коры — континентальный и океанический, плюс промежуточный, субконтинентальный.

Земная кора тоньше под океанами (около 5 км) и толще — под материками (до 75 км.). Она неоднородна, различают три слоя: базальтовый (залегает ниже всего), гранитный и осадочный (верхний). Континентальная кора состоит из трех слоев, тогда как в океанической гранитный слой отсутствует. Земная кора формировалась постепенно: сначала был сформирован базальтовый слой, затем — гранитный, осадочный слой продолжает формироваться и в настоящее время.

— вещество, из которого состоит земная кора. Горные породы подразделяются на следующие группы:

1. Магматические горные породы. Они образуются при затвердевании магмы в толще земной коры или на поверхности.

2. Осадочные горные породы. Они образуются на поверхности, формируются из продуктов разрушения или изменения других пород, биологических организмов.

3. Метаморфические горные породы. Они образуются в толще земной коры из других горных пород под действием определенных факторов: температуры, давления.

Земля входит в состав Солнечной системы наряду с остальными планетами и Солнцем. Она относится к классу каменных твердых планет, отличающихся большой плотностью и состоящих из горных пород, в отличие от газовых гигантов, имеющих большие размеры и сравнительно невысокую плотность. При этом состав планеты обусловливает внутреннее строение земного шара.

Основные параметры планеты

Прежде чем узнать, какие слои выделяются в строении земного шара, поговорим об основных параметрах нашей планеты. Земля находится на расстоянии от Солнца, примерно равном 150 млн км. Ближайшее небесное тело - это естественный спутник планеты - Луна, который располагается на дистанции 384 тыс. км. Система Земля-Луна считается уникальной, так как является единственной, где планета имеет настолько крупный спутник.

Земная масса равна 5,98 х 10 27 кг, примерный объем - 1,083 х 10 27 куб. см. Планета обращается вокруг Солнца, а также вокруг собственной оси, причем имеет наклон относительно плоскости, который обусловливает смену времен года. Период обращения вокруг оси равен примерно 24 часам, вокруг Солнца - чуть более 365 суток.

Загадки внутреннего строения

До того как был изобретен метод исследования недр при помощи сейсмических волн, ученые могли делать только предположения относительно того, как устроена Земля внутри. Со временем ими был разработан ряд геофизических методов, которые позволили узнать о некоторых особенностях строения планеты. В частности, широкое применение нашли сейсмические волны, которые фиксируются в результате землетрясений и подвижек земной коры. В некоторых случаях такие волны генерируются искусственным путем, чтобы по характеру их отражений ознакомиться с ситуацией на глубине.

Стоит отметить, что данный метод позволяет получать данные косвенным путем, так как напрямую попасть в глубины недр нет возможности. В результате было установлено, что планета состоит из нескольких слоев, отличающихся температурой, составом и давлением. Итак, каково внутреннее строение земного шара?

Земная кора

Верхняя твердая оболочка планеты носит название Ее толщина варьируется от 5 до 90 км, в зависимости от типа, которых насчитывается 4. Средняя плотность данного слоя равна 2,7 г/см куб. Наибольшую мощность имеет кора материкового типа, толщина которой доходит до 90 км под некоторыми горными системами. Также различают расположенную под океаном, толщина которой доходит до 10 км, переходную и рифтогенную. Переходная отличается тем, что находится на границе материковой и океанической коры. Рифтогенная кора встречается там, где имеются срединно-океанические хребты, и отличается небольшой толщиной, которая достигает всего 2 км.

Кора любого типа состоит из пород 3 типов - осадочных, гранитных и базальтовых, которые отличаются по плотности, химическому составу и характеру происхождения.

Нижняя граница коры носит название в честь ее открывателя по фамилии Мохоровичич. Она отделяет кору от нижележащего слоя и характеризуется резкой сменой фазового состояния вещества.

Мантия

Данный слой следует за твердой корой и является самым крупным - его объем равен примерно 83% от общего объема планеты. Мантия начинается сразу после границы Мохо и простирается до глубины 2900 км. Данный слой дополнительно подразделяется на верхнюю, среднюю и нижнюю мантию. Особенностью верхнего слоя является наличие астеносферы - особого слоя, где вещество находится в состоянии низкой твердости. Наличием этого вязкого слоя объясняется перемещение континентов. Кроме того, при извержении вулканов жидкое расплавленное вещество, изливаемое ими, поступает именно из данной области. Верхняя мантия заканчивается на глубине примерно 900 км, где начинается средняя.

Отличительными чертами данного слоя можно назвать высокие температуры и давление, которые увеличиваются по мере нарастания глубины. Это обусловливает особое состояние вещества мантии. Несмотря на то что в глубинах породы имеют высокую температуру, они находятся в твердом состоянии из-за воздействия большого давления.

Процессы, происходящие в мантии

Недра планеты имеют очень высокую температуру, благодаря тому что в ядре непрерывно происходит процесс термоядерной реакции. Однако на поверхности сохраняются комфортные для жизни условия. Это возможно благодаря наличию мантии, которая обладает теплоизолирующими свойствами. Таким образом, тепло, выделяющееся ядром, поступает в нее. Нагретое вещество поднимается вверх, постепенно охлаждаясь, тогда как из верхних слоев мантии погружается вниз более холодная материя. Данный круговорот носит название конвекция, он происходит безостановочно.

Строение земного шара: ядро (внешнее)

Центральная часть планеты представляет собой ядро, которое начинается на глубине примерно 2900 км, сразу после мантии. При этом оно четко делится на 2 слоя - внешнее и внутреннее. Толщина внешнего слоя равна 2200 км.

Характерные признаки внешнего слоя ядра - это преобладание в составе железа и никеля, в отличие от соединений железа и кремния, из которых преимущественно состоит мантия. Вещество во внешнем ядре находится в жидком агрегатном состоянии. Вращение планеты вызывает движение жидкого вещества ядра, из-за чего образуется мощное магнитное поле. Поэтому внешнее ядро планеты можно назвать генератором магнитного поля планеты, которое отклоняет опасные виды космического излучения, благодаря чему на смогла зародиться жизнь.

Внутреннее ядро

Внутри жидкой металлической оболочки располагается твердое внутреннее ядро, диаметр которого достигает 2,5 тыс. км. В настоящее время оно все еще доподлинно не изучено, а относительно процессов, происходящих в нем, идут споры между учеными. Это обусловлено трудностью получения данных и возможностью использования только косвенных методов исследований.

Доподлинно известно, что температура вещества во внутреннем ядре не менее 6 тыс. градусов, однако, несмотря на это, оно находится в твердом состоянии. Это объясняется очень высоким давлением, которое не дает веществу перейти в жидкое состояние - во внутреннем ядре оно предположительно равно 3 млн атм. В подобных условиях возможно возникновение особого состояния вещества - металлизации, когда даже такие элементы, как газы, могут приобретать свойства металлов и становиться твердыми и плотными.

Что касается химического состава, в исследовательской среде до сих пор ведутся споры о том, какие элементы составляют внутреннее ядро. Одни ученые предполагают, что основными компонентами являются железо и никель, другие - что среди компонентов могут быть также и сера, кремний, кислород.

Соотношение элементов в разных слоях

Земной состав отличается большим разнообразием - в нем содержатся почти все элементы периодической системы, однако их содержание в разных слоях неоднородно. Так, наименьшую плотность, поэтому она состоит из наиболее легких элементов. Самые же тяжелые элементы находятся в ядре в центре планеты, при высокой температуре и давлении, обеспечивая процесс ядерного распада. Такое соотношение образовалось в течение определенного времени - сразу после формирования планеты ее состав предположительно был более однородным.

На уроках географии ученикам могут предложить нарисовать строение земного шара. Чтобы справится с этой задачей, нужно придерживаться определенной последовательности расположения слоев (она описана в статье). Если последовательность будет нарушена, или один из слоев упущен - тогда работа будет выполнена неверно. Также последовательность расположения слоев вы можете увидеть на фото, представленных вашему вниманию в статье.

Строение земного шара явилось результатом сложных процессов, протекающих как в недрах Земли, так и на ее поверхности. Земля имеет форму геоида (греч. ge - земля, eidos - вид), т. е. шара, несколько сплюснутого у полюсов. Полярный радиус Земли - 6357 км, экваториальный - 6378 км, т. е. разница составляет 21 км. Общая площадь Земли 510 млн. км2.
Земля состоит из нескольких оболочек - сфер. Атмосфера - газовая оболочка, состоящая в основном из азота, кислорода, паров воды и углекислоты. Толщина оболочки примерно 2000 км.
Гидросфера - несплошная водная оболочка Земли, представленная морями и океанами. Средняя глубина морей и океанов 3-4 км, в некоторых частях до И км. Вода на Земле образовалась в результате геологических процессов, во время формирования и последующего развития Земли.
Биосфера - область распространения жизни на Земле, охватывающая атмосферу до 5-7 км, гидросферу - практически на всю ее глубину и литосферу - до 2-3 км.
Литосфера - каменная оболочка Земли толщиной 10-70 км, покрытая сверху осадочным слоем мощностью до 8-10 км. Мощность литосферы на материках выше, чем в океанах. Верхняя часть ее гранитная, нижняя - базальтовая. В океанах гранитная оболочка отсутствует. Толщина базальтов 8-10 км. Каменная оболочка Земли называется сиалитной (по начальным буквам наиболее распространенных элементов Si, Al). Иногда ее называют сиаль. Плотность спалитной оболочки Земли колеблется в пределах 2,6-2,7 г/см3. Масса верхних слоев на глубине 20-50 км создает давление 1,3-J5 * 103 МПа, в связи с этим температура нижней части спалитной оболочки поднимается до 900° С
Ниже литосферы находится верхняя мантия, или «сима» (название по основным элементам - Si, Mg), толщина которой около 400 км. Плотность вещества в верхней части «симы» равна 3,3-3,5, а в нижней - до 4 г/см3, давление до 1,5-105 МПа, температура 1200-1300°С. Верхняя часть мантии называется астеносферой.
Под мантией расположены промежуточная мантия, имеющая толщину 110 км, и нижняя мантия мощностью 1400 км. Плотность вещества возрастает примерно до 10 г/см3 при давлении 2-2,5-10 в 5 степени МПа и температуре около 2500° С. Вещество мантии согласно последним геофизическим данным находится в твердом, аморфном состоянии.
Центр Земли составляет ядро радиусом 3-3,5 тыс. км, с давлением около 3-105 МПа, температурой 3000° С, плотностью 11-12 г/см3. При таких условиях все вещество ядра Земли находится в металлизированном состоянии, по-видимому, обусловливая появление магнитного поля. Состав ядра точно не известен. Существует представление, что оно по составу железо-никелевое, или «нифе» (Ni, Fe), и твердое. По некоторым гипотезам, ядро Земли находится в жидком состоянии.

Античные и современные исследования Земли

Впервые получить довольно точные размеры нашей планеты удалось древнегреческому математику и астроному Эратосфену в I веке до нашей эры (точность около 1,3%). Эратосфен обнаружил, что в полдень самого длинного дня лета, когда Солнце в небе города Асуана находится в наивысшем положении и его лучи падают вертикально, в Александрии в это же время зенитное расстояние Солнца составляет 1/50 часть окружности (те 7о 12!). Зная расстояние от Асуана до Александрии, он смог вычислить радиус Земли, который по его подсчетам составил 6290 км.

Не менее существенный вклад в астрономию внес мусульманский астроном и математик Бируни, живший в X-XI веке н. э. Несмотря на то, что он пользовался геоцентрической системой, ему удалось довольно точно определить размеры Земли и наклон экватора к эклиптике. Размеры планет им хоть и были определены, но с большой ошибкой; единственный размер, определенный им относительно точно -- размер Луны.

В XV веке Коперник выдвинул гелиоцентрическую теорию о строении мира. Теория, как известно, довольно длительное время не имела развития, так как была преследуема церковью. Окончательно система была уточнена И. Кеплером в конце XVI века. Так же Кеплер открыл законы движения планет и рассчитал эксцентриситеты их орбит, теоретически создал модель телескопа. Галилей, живший несколько позднее Кеплера, сконструировал телескоп с увеличением в 34,6 раз, что позволило ему оценить даже высоту гор на Луне, также он обнаружил характерное различие при наблюдении в телескоп звезд и планет: четкость вида и формы у планет была значительно больше, а также обнаружил несколько новых звезд.

На протяжении почти 2000 лет астрономы считали, что расстояние от Земли до Солнца равно 1200 расстояниям Земли, т.е. допуская ошибку примерно в 20 раз! Впервые эти данные были уточнены только в конце XVII века как 140 млн. км, т.е. с ошибкой на 6,3% астрономами Кассини и Рише. Они же определили скорость света как 215 км/c, что было существенным прорывом в астрономии, так как раньше считали, что скорость света бесконечна. Примерно в это же время Ньютоном был открыт закон всемирного тяготения, и разложения света на спектр, что положило начало спектральному анализу через несколько веков.

Земля кажется нам такой огромной, такой надёжной и так много значит для нас, что мы не замечаем её второстепенного положения в семье планет. Слабое единственное утешение состоит в том, что Земля - наибольшая из планет земной группы. К тому же она обладает атмосферой средней мощности, значительная часть земной поверхности покрыта тонким неоднородным слоем воды. А вокруг неё вращается величественный спутник, диаметр которого равен четверти земного диаметра. Однако этих аргументов вряд ли достаточно для того, чтобы поддерживать наше космическое самомнение. Крошечная по астрономическим масштабам, Земля - это наша родная планета, и поэтому она заслуживает самого тщательного изучения.

После кропотливой и упорной работы десятков поколений учёных было неопровержимо доказано, что Земля вовсе не «центр мироздания», а самая обыкновенная планета, т.е. холодный шар, движущийся вкруг Солнца.

В соответствии с законами Кеплера Земля обращается вокруг Солнца с переменной скоростью по слегка вытянутому эллипсу. Ближе всего к солнцу она подходит в начале января, когда в Северном полушарии царит зима, дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении Земли от Солнца между январём и июлем составляет около 5 млн. км. Поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в Южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее. Это явственнее всего даёт себя знать в Арктике и в Антарктиде.

Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времён года лишь косвенное и очень незначительное влияние. Причина смены времён года кроется в наклоне земной оси.

Ось вращения Земли расположена под углом в 66,5є к плоскости её движения вокруг Солнца. Для большинства практических задач можно принимать, что ось вращения Земли перемещается в пространстве всегда параллельно самой себе. На самом же деле ось вращения Земли, или, что-то же самое, ось мира, поскольку они параллельны, описывает на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 26 тыс. лет.

В ближайшие сотни лет северный полюс мира будет находиться недалеко от Полярной звезды, затем начнёт удаляться от неё, и название последней звезды в ручке ковша Малой Медведицы - Полярная - утратит свой смысл. Через 12 тыс. лет полюс мира приблизится к самой яркой звезде северного неба - Веге из созвездия Лиры.

Описанное явление носит название прецессии оси вращения Земли. Обнаружил явление прецессии уже Гиппарх, который сравнил положения звёзд в своём каталоге с составленным задолго до него звёздным каталогом Аристилла и Тимохариса. Сравнение каталогов и указало Гиппарху на медленное перемещение оси мира.

Различают три наружных оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Под литосферой понимают верхний твердый покров планеты, который служит ложем океана, а на материках совпадает с сушей. Гидросфера - это подземные воды, воды рек, озер, морей и, наконец, Мирового океана. Вода покрывает 71% всей поверхности Земли. Средняя глубина Мирового океана 3900 м.