Строение, состав и свойства Земли
Форма и размеры Земли. К выводу о шарообразной форме Земли впервые пришел древнегреческий ученый Пифагор в 530 г. до нашей эры, а научно доказал это Аристотель в IV веке до нашей эры.
На рубеже XVII—XVIII веков французские ученые установили, что часы в приэкваториальной части Южной Америки идут медленнее, чем в Париже, на 2,5 минуты в сутки. Ньютон объяснил это явление тем, что Земля, вследствие вращения вокруг своей оси, под влиянием центробежных сил приняла форму эллипсоида вращения (сфероида), сжатого у полюса. Измерения длины дуг в 1°, проведенные в различных широтах (в Скандинавии и на экваторе в Перу), подтвердили высказывание Ньютона. Однако дальнейшее изучение показало, что форма поверхности Земли существенно отличается от формы поверхности идеального эллипсоида вращения.
В настоящее время принято, что геометрическая фигура Земли ограничена уровнем Мирового океана, мысленно продолженным под материками. Такая фигура называется геоидом. Вместе с тем амплитуды неровностей на поверхности Земли достигают 20 км. Например, вершина Гималаев г. Джомолунгма имеет высоту 8848 м над уровнем моря, а глубина Марианской впадины в Тихом океане равна 11034 м. По сравнению с размерами всей Земли эти неровности очень незначительны, однако они обусловили различное распределение силы тяжести на ее поверхности. Соотношение между поверхностями геоида, эллипсоида вращения (сфероида) и действительной поверхностью Земли показано на рис. 1.
Экваториальный радиус (большая, или экваториальная, полуось) Земли составляет 6378,245 км, полярный радиус (малая, или полярная, полуось) 6356,863 км.
Отношение разности между большой и малой полуосями к большой полуоси называется полярным сжатием, или сплющенностью Земли. Оно равно 1 : 298,3.
Площадь поверхности Земли составляет около 510 млн. км2, объем 1083 млрд. км3. Длина земного меридиана равна 40008,6 км, длина экватора 40075,7 км.
Масса и плотность Земли.
Рис 1.
Изучение массы и плотности Земли представляет большой
интерес для науки, так как знание этих величин позволяет определить массу Солнца, других планет Солнечной системы, Галактики и т. д.
По данным наиболее точных измерений, масса Земли составляет 6,98-1027 г, средняя плотность 5,517 г/см3. Плотность пород, слагающих нашу планету, различна. Породы, залегающие на поверхности Земли и на глубинах, достигнутых бурением, имеют плотность не более 3,0—3,3 г/см3. На больших глубинах плотность пород, по-видимому, будет достигать 10— 12 г/см3.
Сила тяжести Земли. Земля обладает свойством притяжения. Сила, с которой Земля притягивает к себе предметы, называется силой тяжести. Действие силы тяжести происходит по вертикальной линии к центру нашей планеты. Вследствие сплющенности Земли у полюсов и утолщении на экваторе сила тяжести у экватора меньше, чем на полюсах. Поэтому она несколько изменяется для каждой широты и ее можно теоретически вычислить. Эта величина называется нормальной силой тяжести. Однако действительная величина силы тяжести не всегда совпадает с нормальной, так как она зависит и от массы неравномерно распределенного вещества в земной коре. Эти отклонения получили название аномалий силы тяжести, которые могут быть отрицательными и положительными.
Выявление положительных (отрицательных) аномалий указывает на наличие в недрах более (менее) плотных пород, образующих отдельные линзы, прослои, участки, скопления и т. д. среди других отложений. Выявление положительных и отрицательных аномалий с помощью гравиразведки (отрасль разведочной геофизики) позволяет обнаружить в недрах ряд полезных ископаемых (различные руды, соли, скопления воды, нефть, газ и т. д.).
Температура Земли. Земля получает тепло из двух источников: от Солнца и из собственных недр. На поверхности Земли основным источником тепла является Солнце, так как внутренняя теплота ввиду плохой теплопроводности горных пород доходит до поверхности в незначительном количестве, составляя 0,5% солнечной теплоты.
Ввиду неравномерности прогрева дневной поверхности в различных широтах ее температурный режим подвержен значительным колебаниям — вековым, годовым, сезонным, суточным. Например, в среднеазиатских пустынях почва летом нагревается до +70° С и более, а зимой промерзает до —30° С. Однако с глубиной влияние солнечного тепла постепенно уменьшается и затем совершенно исчезает. Та зона Земли, в которой не сказываются колебания поверхностных температур, называется зоной (поясом) постоянной температуры. Температура этого пояса равняется приблизительно средней годовой температуре данной местности. Если она ниже 0° С, то возникает «вечная мерзлота». Глубина залегания пояса постоянных температур на экваторе 1—2 м, в пределах Москвы 20 м и вблизи Архангельска — около 10 м. Ниже этого пояса происходит увеличение температуры с глубиной за счет внутренней теплоты Земли.
Глубину в метрах, на протяжении которой температура в недрах увеличивается на один градус, принято называть геотермической ступенью.
Прирост температуры в градусах при углублении на каждые100 м называется геотермическим градиентом.
Величина геометрической ступени в разных районах Земли изменяется от 1,5 до 170 м, составляя в среднем 30—33 м. В районе Пятигорска она равна 1,5 м, Ленинграда 19,6 м, Москвы 38,4 м, в Карелии более 100 м, в районе Поволжья 50 м и т. п.
Если допустить, что среднее значение геотермической ступени сохраняется на всем расстоянии от пояса постоянной температуры до центра Земли, то температура ядра Земли должна составить 100 000—200 000° С. Однако сравнительно тонкая земная кора не могла бы сохраниться под воздействием таких температур. Полагают, что в земной коре увеличение
температуры согласно средней геотермической ступени происходит только до глубины 15—20 км, ниже геотермическая ступень резко возрастает. Специалисты считают, что температура в центре Земли не превышает 4000° С.
Источниками внутреннего тепла Земли являются: энергия распада радиоактивных элементов, энергия, освобождающаяся при химических реакциях и тектонических движениях, энергия перехода вещества из одного состояния в другое и т. п.
Магнетизм Земли. Земля — это гигантский магнит, вокруг которого существует магнитное поле магнитосфера. Магнитные и географические полюса Земли не совпадают (рис. 2), Линии, соединяющие магнитные полюса, называются магнитными меридианами. В любой точке земной поверхности магнитная стрелка компаса устанавливается по магнитному меридиану (магнитной силовой линии). Угол, образующийся между магнитным и географическим меридианами, называют магнитным склонением. Этот угол будет наибольшим на географических полюсах и наименьшим на экваторе.
Рис. 2.
Различают западное склонение, если северный конец магнитной стрелки отклоняется к западу от географического меридиана, и восточное, если он отклоняется к востоку. Линии, соединяющие на карте точки с одинаковыми магнитными склонениями, называются изогонами.
Магнитная стрелка, если ее закрепить на горизонтальной оси, занимает горизонтальное положение только на экваторе. По мере приближения к магнитным полюсам она наклоняется и на полюсах стремится занять вертикальное положение. Угол, образованный магнитной стрелкой компаса с горизонтальной плоскостью, называется углом наклонения. Линии, соединяющие точки с равным наклонением, называются изоклинами.
Силовое магнитное поле Земли определяется его напряженностью. Величина напряженности увеличивается к магнитным полюсам. Линии, соединяющие точки с одинаковыми значениями напряженности, называются изодинамами.
Действительное распределение элементов земного магнетизма (склонения, наклонения и др.) нередко отличается от среднего расчетного значения для данной местности. Такие отклонения — магнитные аномалии обусловлены вещественной неоднородностью Земли, изменением содержания в горных породах ферромагнитных минералов. Примером может служить Курская магнитная аномалия, связанная с уникальным месторождением железных руд.
Величины склонений, наклонений и магнитной напряженности не постоянны и испытывают вековые, годовые и суточные колебания. Наряду с медленными изменениями (вариациями) элементов земного магнетизма, наблюдаются внезапные — «магнитные бури». Замечено, что магнитные бури предшествуют землетрясениям и возникают в периоды повышенной солнечной активности.
Строение Земли
Наша планета состоит из концентрических оболочек — геосфер различной плотности. Геофизическими (сейсмическими) исследованиями в недрах Земли установлены поверхности
Рис. 3. Строение земли
А – земная кора; Б – верхняя мантия;
В – нижняя мантия; Г – внешнее ядро;
Д – внутреннее ядро
раздела, позволяющие выделить внутренние геосферы Земли — земную кору, мантию (промежуточную оболочку) и ядро (рис. 3). Внешними оболочками Земли являются атмосфера, гидросфера, биосфера. Каждая оболочка характеризуется определенным химическим составом и физическим состоянием вещества.
Дата добавления: 2022-02-05; просмотров: 337;