Земля

По понятным причинам о Земле мы знаем гораздо больше, чем о любом другом объекте в Солнечной системе. Но можно узнать много нового, если взглянуть на Землю просто как на один из объектов Солнечной системы со всеми ее планетами и их спутниками. Кстати, единственным естественным спутником нашей планеты является Луна, подробную статью о ней вы можете найти здесь.

 

Земные континенты 200 миллионов лет назад (слева) и 100 миллионов лет назад (справа)

Земные континенты 200 миллионов лет назад (слева) и 100 миллионов лет назад (справа).

 

Содержание

  1. Краткая характеристика Земли
  2. Описание и особенности Земли
  3. Формировании Земли: разделение на ядро, мантию и кору
  4. Кипящая Земля
  5. Первое измерение размеров Земли
  6. Обитаемая зона

 

Циклоны движутся через Атлантический океан

Циклоны движутся через Атлантический океан.

 

Краткая характеристика Земли

  • Первооткрыватель: неизвестен
  • Время открытия: доисторическая эпоха
  • Название: от праславянского слова «зем» («земля, пол, низ»)
  • Масса: 5 972 190 000 000 000 000 000 000 кг
  • Объем: 1 083 206 916 846 км3
  • Средний радиус: 6371 км
  • Минимальная / максимальная температуры: -88 / 58°С
  • Продолжительность суток: 23,93 часа
  • Продолжительность года: 365,26 суток
  • Количество спутников: 1
  • Система колец: отсутствует

 

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

Земля. Западное полушарие

Земля. Западное полушарие

Земля единственная планета в Солнечной системе с постоянно меняющейся поверхностью. Полученные из космоса снимки позволяют разглядеть во всех подробностях все уголки нашей живой планеты озера и горы, пустыни и леса. Глобальные топографические данные расположенного под толщей воды океанского дна позволяют получить представление об океанической коре, которая не видна снаружи.

 

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

Земля. Восточное полушарие

Земля. Восточное полушарие

Засушливые области резко контрастируют с зеленью лесов и речных долин. Хотя люди провели политические границы и относят области к тем или иным континентам, эти разделения условны. Так, две трети площади планеты покрыто единым океаном, а границы суши отражают современный уровень моря, притом что собственно «земля» продолжается и под водой в виде подводных долин и хребтов.

 

Описание и особенности Земли

Так чем же Земля выделяется среди других тел? У нее есть два важных отличия. Во-первых, это самая большая планета земной группы. Как мы увидим ниже, благодаря своим размерам Земля находится в состоянии постоянного изменения и движения. И, во-вторых, орбита Земли расположена в узкой полосе вокруг Солнца — так называемой обитаемой зоне, которая определяется как область, где вода на поверхности планеты может оставаться в жидком состоянии на протяжении длительных периодов времени. Поэтому Земля — единственный населенный живыми существами объект в Солнечной системе, о котором мы знаем. Давайте рассмотрим эти отличия в деталях.

 

За первые полмиллиарда лет своего существования плюс-минус несколько сотен миллионов лет Земля расчистила свою орбиту от всего того мусора обломков породы, строительного материала который остался после образования планет. Если бы вы оказались тогда на поверхности Земли, то увидели бы вокруг огненные взрывы от падения крупных метеоритов. Ученые называют этот период Великой бомбардировкой. Учтите, что Великая бомбардировка происходила в начале формирования Солнечной системы и это не то же самое, что Поздняя тяжелая бомбардировка, которая происходила, когда Солнечной системе было полмиллиарда лет.

 

В результате каждого падения очередного метеорита Земля получала дополнительную энергию, которая превращалась в тепло. В конце концов Земля то ли полностью растаяла, то ли нагрелась и «размягчилась» до такой степени, что вещество стало текучим, ученые все еще продолжают спорить о подробностях этого процесса. Но все сходятся на том, что результатом этого нагрева стал процесс так называемой дифференциации: наиболее тяжелые материалы в основном железо утонули и оказались в центре, образовав земное ядро, а из более легкого вещества образовались мантия и кора. Подобно тому, как это происходит с оставленным надолго без присмотра соусом для салата, вещество внутри Земли под действием силы тяжести разделилось и расслоилось.

 

Дифференциация привела к возникновению магнитного поля, в котором мы живем и которому подчиняемся. Тяжелые железо и никель утонули опустились к самому центру планеты, где давление было достаточно высоким, чтобы вещество из этих атомов стало твердым. Но над этим твердым ядром располагается область, где температура и давление недостаточно высоки для того, чтобы обеспечить отвердевание, и там находится жидкий верхний слой ядра. Именно вращение этого жидкого металлического ядра в конечном счете порождает магнитное поле планеты.

 

Планета Земля в разрезе

Планета Земля в разрезе. Видно центральное твердое железо-никелевое ядро, окруженное жидким слоем из того же материала. Это двухслойное ядро, в свою очередь, покрыто слоем толстой мантии, над которой располагается самый внешний слой кора.

 

Формировании Земли: разделение на ядро, мантию и кору

У многих возникает вопрос, каким образом ученые узнают о таких событиях, как образование Земли, которое происходило миллиарды лет назад. Давайте рассмотрим часть этого процесса - разделение планеты на ядро, мантию и кору, описанное здесь. Разгадывание подробностей этого процесса - самый настоящий научный детектив.

 

Все началось с пылевого облака, из которого образовалась Солнечная система. В этом облаке было определенное количество атомов гафния-182. (Гафний - относительно редкий элемент, в обычных условиях - серебристо-серый металл.) Ядра этих атомов нестабильны и распадаются с периодом полураспада около девяти миллионов лет, превращаясь в атомы вольфрама-182, который уже является стабильным. (Вольфрам - это металл, из которого обычно изготавливают нити в лампах накаливания.) Эти атомы интересны тем, что гафний химически взаимодействует с веществами, которые встречаются в земной мантии, в то время как вольфрам - с железом и никелем земного ядра. Это значит, что если железосодержащее вещество быстро осело в ядре до того, как гафний успел распасться, то большая часть вольфрама-182 должна находиться в мантии. С другой стороны, если дифференциация (разделение) на кору, мантию и ядро произошла после распада всего гафния, то вольфрам-182 должен находиться в ядре.

 

Сравнив количество вольфрама-182 в мантийных породах с количеством, обнаруженным в метеоритах (которые никогда не подвергались дифференциации), ученые пришли к выводу, что земное ядро сформировалось примерно через 30 миллионов лет после начала конденсации Солнечной системы из газового облака.

 

Вот так маленький кусочек головоломки встал на место.

 

В процессе формирования диска зажглось Солнце и стало нагревать расположенное вблизи него вещество. Вплоть до расстояний между современными орбитами Марса и Юпитера из-за высокой температуры летучие вещества, такие как вода, не могли существовать в твердом виде. За этой границей, которую астрономы называют «линией замерзания», такие вещества сохранились в твердой ледяной форме. Таким образом, «стройматериалы» для внутренних планет отличались от имевшихся для планет за пределами линии замерзания. Поэтому неудивительно, что расположенные вблизи Солнца так называемые планеты земного типа отличаются от более далеких юпитероподобных планет.

 

О том, что происходило с этого момента, мы знаем главным образом благодаря подробным компьютерным моделям эволюции ранней Солнечной системы. Последующее изложение в основном представляет собой краткий пересказ этих расчетов.

 

Пыль вокруг молодой звезды

 

Кипящая Земля

Внутри зарождающейся планеты было два источника тепла остаточное тепло от Большой бомбардировки и тепло, генерируемое в результате распада радиоактивных элементов в каменных породах. Как и чайнику на плите, планете необходим был способ передачи этого тепла на поверхность, где оно могло бы отводиться посредством излучения. И, подобно чайнику, Земля «кипела». В течение сотен миллионов лет происходила циркуляция твердых пород в мантии горячее вещество поднималось в одном месте, после чего охлаждалось и погружалось в другом. По мере «кипения» более легкое вещество, которое в ходе дифференциации поднималось и оказывалось непосредственно под земной поверхностью, увлекалось общим потоком подобно листьям в потоке воды. А совокупность наименее плотного вещества того, что мы называем «твердой землей» континентов, плыла, увлекаемая все тем же потоком, подобно пассажирам, сплавляющимся на плотах.

 

Так что представление о происходящих на планете процессах можно получить, если вообразить себе тонкий слой масла в кастрюле с кипящей водой. Бурлящий кипяток разрывает слой на отдельные фрагменты, образующие своего рода мозаику или пазл. Точно так же «кипящая» мантия «разбивает» поверхность планеты на отдельные фрагменты, называемые плитами.

 

В ходе извержения вулкана на острове Гавайи

В ходе извержения вулкана на острове Гавайи на поверхность Земли выносятся самые различные вещества это попавшие в атмосферу мелкие частицы, газы (здесь не видны) и текущая в море раскаленная лава.

 

В основе теории тектоники плит лежит представление о том, что поверхность планеты состоит из отдельных плит, которые откликаются на движения в мантии. (Термин «тектоника» происходит от того же греческого корня, что и «архитектор», а именно от слова «тектони-кос», означающего «строительный».) На некоторых (но не на всех!) плитах располагаются континенты, но из-за непрекращающегося «кипения» мантии эти плиты и все, что есть на них, находятся в постоянном движении и все время меняют «выражение лица» планеты. Например, когда-то все континенты располагались вдоль экватора подобно ожерелью, а было время, когда континенты «склеились» в единый сухопутный массив под названием Пангея («вся Земля»). На других планетах нет процессов тектоники плит. Так, Меркурий и Марс (а также Луна) достаточно малы они успели отдать свое тепло на ранней стадии, превратившись в ледяные миры. А Венера, хотя, вероятно, и геологически активна, по-видимому, маловата для процессов подобного рода.

 

Кликните по картинке, она откроется в новом окне и ее можно будет увеличить

На этой карте изображены литосферные плиты Земли

На этой карте изображены литосферные плиты Земли. Плиты движутся под действием медленных процессов перемешивания в земной мантии, которые частично вызваны нагревом от радиоактивного распада. Земля единственная планета Солнечной системы, поверхность которой постоянно меняется из-за этого движения.

 

Первое измерение размеров Земли

Вопреки тому, что говорили учителя в начальной школе, представление о шарообразной форме Земли берет свое начало в Античности, и ко времени отплытия Колумба оно уже было известно на протяжении тысячелетий. Первое исторически установленное измерение диаметра Земли было выполнено около 240 г. до н. э. греческим географом Эратосфеном Киренским (276-194 гг. до н. э.), который был главным библиотекарем знаменитой Александрийской библиотеки. Его метод состоял в следующем. Ему было известно, что в городе Сиене (ныне Асуан) в полдень в день летнего солнцестояния солнечный свет проникал до дна самого глубокого колодца это означало, что Солнце в этот момент находится прямо над головой (в зените). В это же время и в тот же день Эратосфен измерил длину тени, отбрасываемой шестом известной высоты в Александрии. На основе этих измерений и своих познаний в геометрии Эратосфен вычислил, что расстояние между Александрией и Асуаном составляет 1/50 окружности Земли. Не совсем понятно, как Эратосфен определил расстояние между двумя городами, но в своем трактате он пришел к выводу, что длина окружности Земли составляет 252 000 стадий.

 

Первое измерение размеров Земли

 

Проблема в том, что в Древнем мире под названием «стадий» могли подразумевать разные единицы длины, подобно тому как в наше время под «милей» может иметься в виду как сухопутная (1609 м), так и морская (1852 м) миля. При этом все стадии хоть и отличались друг от друга, но соответствовали расстоянию около 180 м это примерно в два раза больше длины футбольного поля. Эратосфенова оценка длины земной окружности, скорее всего, соответствует 47 000 км, что весьма близко к современной оценке, которая чуть меньше 40 000 км. По-видимому, Эратосфен использовал полученную им оценку размеров Земли как основу для оценки расстояния до Луны и Солнца.

 

Наличие жизни резко меняет планету. Например, на Земле кислород едкий и агрессивный элемент попал в атмосферу благодаря метаболическим процессам в живых организмах, и то же самое относится ко многим органическим процессам, приводящим к разрушению горных пород и возникновению почвы. При поисках планет земного типа в ПОЗ у других звезд астрономы стараются обнаружить как раз такие химические признаки наличия жизни.

 

Обитаемая зона

Земля располагается в так называемой обитаемой зоне там не слишком холодно и не слишком горячо. В течение последних 4 миллиардов лет светимость Солнца увеличилась на треть, а процессы, происходившие на нашей планете, подстраивались так, чтобы температура поверхности всегда была в интервале между точкой замерзания и точкой кипения воды. Это означает, что на поверхности всегда имелась вода в жидком состоянии. Как мы выяснили ранее, наличие жидкой воды считается необходимой предпосылкой для возникновения жизни. Если бы Земля оказалась ближе к Солнцу, чем она есть, то ее, возможно, постигла бы судьба ее планеты-близнеца Венеры с безудержным парниковым эффектом, губительным для любых форм жизни. А если бы Земля находилась дальше от Солнца, то ее поверхность бы замерзла. В любом случае жизни на нашей планете бы не было.

 

Вокруг любой звезды есть узкая полоса, в которой на поверхности расположенной там планеты температура остается ниже точки кипения и выше точки замерзания воды. Эта узкая полоса называется постоянно обитаемой зоной (ПОЗ) звезды. Земля находится в ПОЗ Солнца, и именно поэтому на ней есть жизнь.