Форма, розміри та будова Землі

Обертаючись навколо своєї осі, Земля одночасно обертається навколо Сонця, а разом з ним навколо центра Галактики. Обертання навколо Сонця відбувається по еліптичній орбіті з періодом 365,2564 зоряних діб. Найдальша точка орбіти є віддаленою від Сонця на відстані 152 млн. км, а найближча на відстані 147 млн. км. Середня швидкість руху планети по орбіті – 29,76 км/с. Обертання навколо своєї осі Земля здійснює за 23 год 56 хв 4,0905 с.

Швидкість обертання та положення осі обертання не є постійними величинами. Ці параметри в геологічному часі можуть суттєво змінюватися. Про це свідчить переміщення географічних полюсів і дрейф літосферних плит. Причиною цього явища є гравітаційні космічні поля, у тому числі й сили тяжіння Сонця та Місяця. Дію цих сил можна спостерігати за океанськими приливами та відливами.

Людину ще у давні часи цікавила форма Землі. Вперше думка про кулеподібну її форму виникла у Піфагора (IV ст. до н.е.), а згодом її підтвердив Арістотель (IV ст. до н.е.). Ще у XVII ст. вимірювання показали, що Земля не ідеальна, а сплющена біля полюсів куля. Радіус її в районі полюсів – 6356,8 км, а в районі екватора – 6378,2 км. Сплющеність пояснювалася дією відцентрових сил, а сама форма дістала назву еліпсоїда обертання. Пізніше було встановлено, що Земля трохи сплющена і в ділянці екватора. Так народилося уявлення про трьохосьовий еліпсоїд обертання, або еліпсоїд обертання Красовського. Вивчення форм Землі, що ґрунтується на вимірюваннях сили тяжіння, привело до викреслення рівневої поверхні, яка всюди є перпендикулярною до напрямку вектора дії цієї сили. Вона дістала назву геоїд. Ця поверхня недосконала, проте її використовують при геодезичних роботах, вимірюючи по відношенню до неї відмітки поверхні суші та глибини дна океанів.

На основі геодезичних вимірювань було розраховано найважливіші параметри Землі: довжина меридіана – 40 025 км, площа поверхні – 510 млн. км², а її об’єм – 1 083 204 млн. км ³.

Більша частина поверхні Землі – 70,8% укрита водою, решта – 29,2% є сушею. Водна поверхня, або Світовий океан, поділена материками на чотири океани, що сполучаються між собою: Тихий, Атлантичний, Індійський та Північний Льодовитий. Материків шість – Євроазійський, Північноамериканський, Південноамериканський, Африканський, Австралійський та Антарктичний. Середня висота материків відносно рівня океану – 850 м, а середня глибина океану – 3800 м. Найвища точка земної кулі – гора Джомолунгма (Еверест) у Гімалаях висотою 8 884 м, а найнижча у Тихому океані – Маріанська западина глибиною 11 022 м.

Континенти розташовані нерівномірно. Більшу площу вони займають у Північній та Східній півкулях. Рельєф поверхні є асиметричним, оскільки гірські масиви переважно розташовані у їх крайових частинах. Земну кулю опоясують три гірських пояси. Два з них вигнуті у меридіональному напрямку, а один – у широтному.

Західнотихоокеанський пояс включає гори Чукотки, Курильських островів, Сахаліну, Японії та інші аж до Австралійських Кордильєрів. Східнотихоокеанський пояс охоплює гірські споруди у Північній (Кордильєри) та Південній (Анди) Америці.

Середземноморський широтний пояс починається горами Атласу в Північній Америці й продовжується на схід, охоплюючи гірські гряди Піренеїв, Альп, Апеннінів, Балкан, Карпат, Криму, Кавказу, Паміру, Гімалаїв аж до Малайського архіпелагу.

У твердому тілі Землі виділяють три внутрішніх оболонки: центральну – ядро, проміжну – мантію та зовнішню – земну кору (літосферу). Кам’яне тіло планети оточене повітряною, водяною та біологічною оболонками. Ці оболонки мають назву зовнішніх. Внутрішні та зовнішні оболонки мають загальну назву геосфер Землі.Фазовий стан геосфер є різним: атмосфера – газ, гідросфера – рідина, літосфера – тверда речовина (рис. 1.3).

Зовнішні геосфери – атмосфера, гідросфера та біосфера – утворюють єдину оболонку життя на планеті.

Атмосфера розповсюджується на висоту до 130 км від поверхні Землі. Вище від 100 км вона майже відсутня. Головні компоненти атмосфери – азот, кисень, аргон, вуглекислота, водяна пара. Серед інших – водень, гелій, неон, радон, озон, метан та інші (у сумі близько 0,01%). Атмосфера складається з тропосфери (до висоти 8 км над полюсами і 17 км над екватором), стратосфери (до висоти 55 км) й іоносфери, дуже розріджене повітря якої іонізоване ультрафіолетовим випромінюванням Сонця. Фізичні процеси в атмосфері (головним чином у тропосфері) визначають погоду, а вона у свою чергу – клімат.

Гідросфера – водяна оболонка Землі, що включає воду морів і океанів, річок, озер і боліт, а також лід льодовиків (поверхнева гідросфера). До гідросфери також належать підземні води (підземна гідросфера). За даними видатного українського геолога, геохіміка та гідрогеолога В.І. Вернадського, загальна кількість води у гідросфері становить 1,8 млрд. км ^3.

Біосфера – утворює зону на межі атмосфери і літосфери, що включає і гідросферу. Характеризується органічним життям. Велика роль у вивченні біосфери також належить В.І. Вернадському, який виділив окремо сучасну сферу Землі, яка сформувалась під впливом антропогенних процесів, – ноосферу.

Внутрішні геосфери – земна кора, або літосфера, мантія (що поділяється на верхню та нижню), ядро – утворюють космічне тіло – планету Земля.

Рисунок 1.3 – Будова Землі

Земна кора. Встановлено, що кора континентів має товщину до 75 км і складається з трьох шарів гірських порід: осадового, гранітно-метаморфічного та базальтового. Океанічна кора має товщину до 5 км. Вона складається з двох шарів – малопотужного осадового й базальтового (рис.1.4).

Мантія. Проміжна оболонка Землі. Від літосфери відділяється поверхнею Мохоровича (розділом М). Нижня її границя, або границя Гутенберга, проходить на глибині 2 900 км. Щільність мантійної речовини з глибиною збільшується з 3,64 до 9,4 г/м³. Верхня мантія сягає глибини 60 – 250 км, а нижня – 2 900 км. Маса мантії вдвічі перевищує масу ядра і земної кори, разом узятих. Температура мантії на межі з ядром – 3 000 ^оС, тиск – 127…137 ГПа.

Ядро – найщільніша оболонка Землі. Його щільність від 10 до 12 г/см³ . Різні зміни швидкостей сейсмічних хвиль дозволяють говорити про існування рідинного зовнішнього і твердого внутрішнього ядра. Теоретичні розрахунки припускають температуру в центрі ядра близько 5 000^оС, а тиск 343 ГПа. Походження ядра пояснюється гравітаційною диференціацією первинної матерії Землі, в процесі якої у центральній частині планети виокремились найважчі хімічні елементи, такі як Fe, Ni, а більш легкі згрупувалися у верхніх оболонках. Існує і інша думка, згідно з якою склад ядра та мантії є однаковим.

Рисунок 1.4 – Будова земної кори:

1 – вода; 2 – осадовий шар; 3 – гранітний шар; 4 – базальтовий шар; 5 – мантія; 6 – глибинні розломи з магматичними каналами