Вследствие вращения Земли каждая точка экватора имеет линейную скорость 465 м/сек. Развивающаяся в силу этого центробежная сила уменьшает силу тяжести на земной поверхности. На экваторе центробежная сила составляет 1/289 часть силы тяжести. Реально это отношение достигает 1/190, что объясняется сплюснутостью Земли.
Наши представления о внутреннем строении и физическом состоянии недр земного шара основаны на разнообразных данных, среди которых существенное значение имеют данные сейсмологии. Изучение распространения в земном шаре упругих волн, возникающих при землетрясениях, позволило открыть слоистое строение земных недр.
Земной шар имеет раскаленное ядро, однако тепло,которое каждый сантиметр поверхности Земли получает от ее недр, в 5000 раз меньше тепла, получаемого от Солнца. При углублении на каждые 33 м внутрь земной коры температура повышается в среднем на один градус. Можно предполагать, что это повышение температуры происходит лишь в сравнительно тонком слое земной коры (не глубже 100 км), в котором находятся радиоактивные вещества. Распад атомов радиоактивных элементов и превращение их в атомы других элементов сопровождаются выделением тепла. Ядро же Земли имеет температуру 2000—4000°. Однако при такой температуре упругость внутренних частей ядра, нахо дящихся под давлением (до 3.5 млн. атмосфер) вышележащих слоев, в 2.5 раза больше упругости стали. При этих условиях вещество в ядре Земли находится в особом «металлическом» состоянии. Плотность в центре Земли около 11 г/см3. Средняя плотность Земли (5,52) приблизительно вдвое больше плотности поверхностных ее слоев (2,7).
Толщина земной коры (в которую входят осадочные породы, гранит, базальт) вплоть до основания базальтов в разных районах земного шара составляет от 30 до 60 км. Под корой, до глубины 2900 км, расположена мантия, или оболочка. Глубже находится ядро. Вопрос о существовании многих границ раздела слоев разной плотности в толще Земли в настоящее время подвергается пересмотру. Вероятно, что помимо границы, залегающей на глубине 2900 км, имеется еще лишь одна граница, на глубине 5000 км, где происходит новое резкое изменение плотности .
Химический состав всей Земли в целом и средний состав атмосферы, гидросферы и каменной оболочки — литосферы — дан в табл. I.
Таблица I Химический состав Земли
| Земля в целом | Атмосфера, гидросфера | I литосфера | |
| элемент | % по весу | Алемепт | % по весу |
| Железо Ре ...... | 39,76 | Кислород 0 ..... | 49,42 |
| Кислород 0 ...... | 27,71 | Кремний 8} ..... | 25,75 |
| Кремний 31 ...... | 14,53 | Алюминий А1 ..... | 7,51 |
| Магний М^ ...... | 8,69 | Железо Ре ...... | 4,70 |
| Никель .М ...... | 3,46 | Кальций Са ..... | 3,39 |
| Кальций Са ...... | 2,32 | Натрий Nа ...... | 2,64 |
| Алюминий А1 ..... | 1,79 | Калий К ....... | 2,40 |
| Сера 8 ......... | 0,64 | Магний М§ ...... | 1,94 |
| Натрий Nа ...... | 0,38 | Водород Н ...... | 0,88 |
| Хром Сг ........ | 0,20 | Титан Т1 ....... | 0,58 |
| Калий К ....... | 0,14 | Хлор С1 ....... | 0,188 |
| Фосфор Р ....... | 0,11 | Фосфор Р ...... | 0,120 |
| Марганец Мп ..... | 0,07 | Марганец Мп ..... | 0,09 |
| Углерод С ....... | 0,04 | Углерод С ...... | 0,087 |
| Титан Т1 ....... | 0,02 | Сера 8 ........ | 0,06 |
| Остальные элементы . . | 0,14 | Остальные элементы . | 0,26 |
Согласно последним данным геологии возраст земной коры не меньше 3 миллиардов лет. Возраст Земли как планеты, несомненно, больше.
Земной шар представляет собой магнит, причем магнитная ось Земли наклонена на угол 11°,5 к оси вращения. Она проходит на расстоянии около 1200 км от центра Земли; магнитный полюс, находящийся в северном полушарии Земли, имеет координаты 74° N и 101° W; другой полюс-69° S и 143° E.
Напряженность магнитного поля зависит от места на поверхности Земли и от времени, однако при отсутствии возмущений редко превышает 0,6 эрстед.
Земная атмосфера. Воздушный океан, окружающий Землю, - ее атмосфера, - является ареной, на которой разыгрываются разнообразные метеорологические явления. Для астрономов атмосфера является скорее помехой в наблюдательных работах, хотя некоторые явления, относящиеся к астрономии, протекают в атмосфере (например, вспышки метеоров). Воздух рассеивает солнечные лучи, причем это рассеяние возрастает с уменьшением длины волны. Для видимого спектра большее рассеяние сине-зеленых лучей обусловливает голубой цвет неба и не дает возможности наблюдать звезды днем. В силу этого же Солнце и Луна блиэ горизонта (перед закатом и после восхода) бывают красного или оранжевого цвета. Излучение с длиной волны короче 290 тц полностью поглощается слоями озона, находящимися на высотах 35—60 км. Общая толщина слоя озона, приведенного к нормальным условиям (т. е. давлению 760 мм ртутного столба и темпера туре 0°), составляет всего 3 мм. Он предохраняет живую природу от губительного действия далеких ультрафиолетовых и других коротковолновых излучений.
Атмосфера поглощает не только коротковолновое излучение небесных светил, но и не пропускает к нам значительную часть космического радиоизлучения. Радиоволны длиной больше 30-15 м отражаются ионосферой, а короче 3 см - поглощаются водяным паром. Кроме того, атмосфера значительно ослабляет, а также преобразует поток частиц высокой энергии, идущий к нам из космоса (так называемые космические лучи). Таким образом, земная атмосфера — это своеобразный экран, защищающий поверхность Земли от непосредственного воздействия космоса.
Поглощая и рассеивая свет небесных светил, атмосфера уменьшает их блеск, причем поглощение возрастает при увеличении толщи воздуха, проходимой лучами. Толща увеличивается при возрастании зенитного расстояния 2 (в первом приближении пропорционально вес г). Поэтому при сравнении блеска небесных светил, находящихся на разных зенитных расстояниях, надо учитывать различие в поглощении света (см. табл. 55). Поглощение В совершенно чистой атмосфере составляет в зените 0m,21 в визуальных лучах и 0m,44 — в фотографических.
Атмосфера вызывает также преломление лучей — рефракцию, которая влияет на положение светила на небе и заметным образом искажает форму Солнца и Луны у горизонта.
Свойства земной атмосферы до высоты в 40 км изучены со стратостатов и самопишущих метеорологических приборов, поднимаемых шарами-зондами; разнообразные метеопрпборы и спектральные аппараты поднимались до высот почти в 500 км специальными метеорологическими и геофизическими ракетами; наконец, в самые последние годы исключительно богатая информация о состоянии верхних слоев атмосферы получается с искусственных спутников Земли и космических ракет. Кроме того, высокие слои атмосферы исследуются разными косвенными методами (наблюдения метеоров, метеорных следов, серебристых облаков, полярных сияний, изучение свечения ночного неба, сумеречных явлений, лунных затмений), а также с помощью радио (изучение ионизованных областей, преломляющих и отражающих радиоволны).
В основном земная атмосфера состоит из азота и кислорода. В табл. II дано процентное содержание химических элементов,
Таблица II Состав земной атмосферы
| Элемент | % по объему |
| Азот | 78,09 |
| Кислород | 20,95 |
| Аргон | 0,93 |
| Углекислый газ | 0,03 |
| Водород | 0,01 |
| Неон | 0,0015 |
| Гелий | 0,00015 |
| Криптон | 0,000001 |
| Ксенон | 0,00000009 |
составляющих атмосферу Земли. Вследствие перемешивания воздуха конвективными токами и ветрами состав атмосферы почти не меняется до высоты в 100—150 км. Выше обнаруживается изменение состава атмосферы: количество тяжелых инертных газов резко падает, а молекулярные азот и кислород заменяются атомарными. До высот 300—350 км преобладает атомарный кислород, а выше — атомарный азот.
Атмосферу Земли условно делят на четыре слоя: тропосферу^ стратосферу, ионосферу и экзосферу. Тропосфера начинается от поверхности земли или моря; верхняя ее граница в средних шпротах находится на высоте 9—10 км зимой и 10—12 км летом, а в экваториальной зоне поднимается до 15—17 км. Тропосфера характеризуется постепенным убыванием температуры с высотой. В ней содержится около 80% массы всей атмосферы, почти вся вода и пыль, взвешенные в атмосфере. Граница между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой. Стратосфера распространяется от высоты 12—15 км до 80—85 км, где находится стра-топауза, выше которой располагается ионосфера.
Как показывает само название, в этой последней, помимо нейтральных молекул, находятся и ионизованные атомы. Ионизацию производит коротковолновое излучение Солнца и потоки заряженных частиц (корпускул), летящих от Солнца. Электрические свойства ионосферы, высота и степень ее ионизации зависят от времени суток, времени года и от фазы солнечной активности, Ионосфера имеет громадное значение для радиосвязи на больших расстояниях, которая осуществляется на длинных, средних и коротких радиоволнах , многократно отражающихся (точнее, преломляющихся) от ионизованных слоев ионосферы и от поверхности Земли.
Представления о строении ионосферы значительно изменились после запуска искусственных спутников Земли. До этого предполагалось, что в ионосфере имеются четыре основных ионизованных слоя: слой D (на высоте 80 км), слой E (100—105 км), слой F1, (200 км) и слой F2, (300— 350 км). Однако подозревали, что эти слои имеют клочковатое строение и состоят из отдельных ионизованных облаков. В настоящее время приходится признать, что такого четкого деления на слои (стратификации) в ионосфере нет: от 60 км до, по крайней мере, 473 км имеется сплошной массив ионизованного газа с отдельными флуктуациями (неоднородностями) концентрации ионизованных частиц.