Реферат
Основні характеристики планети
1. Планетарні характеристики, що вплинули на еволюцію живої й неживої речовини на Землі
Тривале існування води й життя на поверхні Землі стало можливим завдяки трьом основним характеристикам - її масі, геліоцентричній відстані й швидкому обертанню навколо своєї осі.
Саме ці планетарні характеристики визначили єдино можливий шлях еволюції живої й неживої речовини Землі в умовах Сонячної системи, підсумки якого відбиті в неповторному вигляді планети. Ці три найважливіші характеристики в інших восьми планет Сонячної системи істотно відрізняються від земних, що й з'явилося причиною спостережуваних розходжень у їхній будові й шляхах еволюції.
Маса сучасної Землі дорівнює 5,976·1027 р. У минулому внаслідок безупинно, що протікають процесів, дисипації летучих елементів і тепла вона, безсумнівно, була більше. Маса планети відіграє визначальну роль в еволюції проторечовини. Куляста форма Землі свідчить про перевагу гравітаційної організації речовини в тілі планети.
З ростом глибини ростуть тиск і температура. Речовина переходить у розплавлене, завдяки чому зростає його хімічний потенціал. Тим самим створюються передумови для тривалої термічної й, отже, геологічної активності планети.
Середній радіус геліоцентричної орбіти Землі (відстань від Сонця) дорівнює 149,6 млн. км. Ця величина прийнята як астрономічна одиниця. Чому ми виділяємо цей параметр серед безлічі інших? Справа в тому, що на цій відстані кількість сонячного тепла, що досягає поверхні Землі, таке, що вода, що виноситься з надр, має можливість тривалий час зберігатися в рідкій фазі, формуючи великі океанічні й морські басейни. Уже на орбіті Венери, розташованої на 50 млн. км ближче до Сонця, і на орбіті Марса, розташованого на 70 млн. км далі від Сонця, чим Земля, таких умов немає. На Венері через надлишок сонячного тепла вода випаровується й може існувати тільки в атмосфері планети, на Марсі через недолік тепла перебуває в замерзлому стані під ґрунтом планети (можливо, у формі мерзлоти). І нарешті, обертання Землі: повний оборот навколо своєї осі щодо Сонця планета робить за 24 години, або за 86400 з; щодо зірок - за 86164 с. Завдяки настільки швидкому обертанню виникли динамічні умови, необхідні для утворення земного магнітного поля. Без магнітного екрана розвиток сучасних форм життя при інших сприятливих умовах було б неможливо. Потік сонячних часток високих енергій безперешкодно досягав би земної поверхні, несучи загибель живій речовині. Життя в цих умовах могла б зародитися й існувати лише під водою або глибоко в ґрунті. Суша виявляла б собою мертві пустелі, позбавлені рослинності і яких-небудь живих істот.
Добове обертання Землі забезпечує також нагрівання й охолодження її поверхні. Це сприяє розвитку водної й повітряної циркуляції, прискоренню динаміки всіх процесів життєдіяльності біосфери, перетворенню речовини земної кори.
Нахил осі обертання до площини орбіти (23°27¢) приводить до періодичного (сезонному) зміні кількості сонячного тепла, одержуваного різними ділянками земної поверхні при русі планети по геліоцентричній орбіті. Повний обіг навколо Сонця Земля робить за 365,2564 зоряної доби (сидеричний рік), або 365,2422 сонячної доби (тропічний рік).
Площа поверхні Землі дорівнює 510 млн. км2, середній радіус сфери - 6371 км.
2. Сучасні подання про внутрішню будову Землі
Модель Буллена. Сучасні подання про внутрішню будову Землі базуються на даних спостережень за проходженням поздовжніх (Р), поперечних (S) і поверхневих сейсмічних хвиль, що виникають при землетрусах. Згідно цим даним, Земля має складно-диференційовану будову й складається з оболонок, що характеризуються різною швидкістю проходження Р и S хвиль.
Найбільш різкі зміни пружних властивостей спостерігаються на глибинах близько 10-40 і 2900 км від поверхні Землі. У першому випадку швидкість поздовжніх хвиль збільшується стрибком від 6,5 до 8,1 км/з; у другому - різко зменшується з 13,25 до 8,5 км/с.
Верхня границя (8,1 км/с) була вперше виявлена югославським сейсмологом Андрієм Мохоровичичем в 1909 р. при аналізі сейсмологом Загребського землетрусу 8 жовтня 1909 р. Ця границя умовно прийнята за підошву земної кори. Вона одержала назву границя Мохоровичича, або границя М.
Нижня границя (13,25-8,5 км/с) уперше була встановлена німецьким геофізиком Бено Гутенбергом в 1914 р. при вивченні запису землетрусів з епицентральними відстанями більше 80° від Геттінгена. Границя Гутенберга характеризує перехід від оболонки до ядра Землі.
Наявність у Землі великого ядра впевнено встановлюється зникненням хвиль Р и S на епицентральних відстанях в 105° (11 тис. км) і наявністю зони тіні між 105 і 142°.
Хвиля Р з'являється знову між 142 і 180° з більшим запізнюванням. Уперше це було встановлено Олдгеном в 1906 р. і згодом враховане Гутенбергом (Гутенберг, 1963). Різке зменшення швидкості Р и не проходження (або дуже сильне ослаблення) хвилі S було надійним свідченням того, що в діапазоні глибин 1500-2900 км (уважаючи від центра Землі) речовина має фізичні властивості, близькими до рідини, оскільки, як це треба з вираження для визначення швидкості поширення поперечних хвиль, для рідких середовищ модуль зрушення m = 0 і поперечні хвилі в них не поширюються. Однак тут вірніше говорити не про рідкий стан речовини зовнішнього ядра, що, як буде показано нижче, має все-таки ненульову твердість, а про те, що ця речовина є абсолютно нестисливим або наближається до цього стану. Аналогічними властивостями володіє й рідина.
В 1936 р. датчанка Інга Ламана встановила існування внутрішнього твердого суб’ядра. У наступні роки завдяки зрослому числу сейсмологічних станцій (в 1971 р. їх була 1620) наявність внутрішнього твердого суб’ядра було підтверджено реєстрацією відбитих Р хвиль від його поверхні.
Дуже незабаром слідом за виділеними границями усередині Землі були надійно встановлені ще дві зони зміни пружних властивостей - в інтервалі глибин 50-250 км і на глибині порядку 900 км. Шар верхньої мантії в інтервалі глибин 50-250 км характеризується помітним зменшенням швидкостей Р и S хвиль: відповідно з 8,1 і 4,6 км/з у верхах мантії до 7,8 і 4,3 км/з на глибинах 100-250 км під континентами й 50-60 км під океанами. Цей шар знижених швидкостей одержав назву «20°-границі», або «хвилевід Гуттенберга». Твердий субстрат вище хвилеводу (під древніми докембрійськими щитами він збігається із границею Мохоровичича) одержав назву літосфери, а область, що підстилає, верхньої мантії аж до глибин 250-400 км, де перебуває нижня границя хвилеводу, - астеносфери (мал. III.2).
Починаючи із глибин 250-400 км і 900 км сейсмологія землетрусів указує на аномально швидке зростання швидкостей Р и S хвиль із 8,1 і 4,5 км/з до 11,2 і 6,0 км/з відповідно.
Положення границь, швидкості поширення й загасання
сейсмічних хвиль усередині Землі
| Шар | Глибина, км | Швидкість хвиль, км/з | Q | |
| P | S | |||
| A | 0-33 | 6,75 | 3,8 | 450 |
| B | 33-400 | 8,06-9,64 | 4,5 | 60 |
| C | 400-900 | 11,4 | 7,18 | 150-550 |
| D | 900-2900 | 13,60 | 7,18 | 2000 |
| E | 2900-5000 | 7,50-10,0 | 0 | 4000 |
| F | 5000-5100 | 10,26 | 0 | 4000 |
| G | 5100-6371 | 11,28 | 3,6 | 400 |
Установлення будови Землі належить до видатних досягнень класичної сейсмології. Ці дані лягли в основу визначення законів зміни щільності, тиски й прискорення сили ваги усередині планети, а разом з ними дозволили підійти до рішення фундаментальної проблеми природознавства - установленню сполуки й природи оболонок Землі.
3. Положення, хімічний склад, термічний режим земної кори
Верхня тверда геосфера йменується земною корою. Це поняття пов'язане з ім'ям югославського геофізика А.Мохоровичича, що встановив, що у верхній товщі Землі сейсмічні хвилі поширюються повільніше, ніж на більших глибинах. Згодом цей верхній шар був названий земною корою, а границя, що відокремлює земну кору від мантії Землі, - границею Мохоровичича, або, скорочено, - Мохів. Потужність земної кори мінлива. Під водами океанів вона не перевищує 10-12 км, а на континентах становить 40-60 км, (що становить не більше 1% земного радіуса), рідко збільшуючись у гірських районах до 75 км. Середня потужність кори приймається рівної 33 км, середня маса - 3(10 25 р.
По геологічним і геохімічним даним до глибини 16 км підрахований усереднений хімічний склад порід земної кори. Ці дані постійно уточнюються й на сьогодні виглядають у такий спосіб: кисень - 47%, кремній - 27,5, алюміній - 8,6, залізо - 5, кальцій, натрій, магній і калій - 10,5, на всі інші елементи доводиться близько 1,5%, у тому числі на титан - 0,6%, вуглець - 0,1, мідь - 0,01, свинець - 0,0016, золото - 0,0000005%. Очевидно, що перші вісім елементів становлять майже 99% земної кори й тільки 1% падає на інші (більше сотні!) елементи таблиці Д.И. Менделєєва. Питання про сполуку більше глибоких зон Землі залишається спірним. Щільність порід, що складають земну кору, із глибиною зростає. Середня щільність порід у верхніх обріях кори 2,6-2,7 г/см3, прискорення сили ваги на її поверхні 982 див/з2. Знаючи розподіл щільності й прискорення сили ваги, можна розрахувати тиск для будь-якої крапки радіуса Землі. На глибині 50 км, тобто приблизно в підошви земної кори, тиск становить 13000 атм.
Температурний режим у межах земної кори досить своєрідний. На деяку глибину в надра проникає теплова енергія Сонця. Добові коливання температури спостерігаються на глибинах від декількох сантиметрів до 1-2 м. Річні коливання в помірних широтах досягають глибини 20-30 м. На цих глибинах залягає шар порід з постійною температурою - ізотермічний обрій. Його температура дорівнює середній річній температурі повітря в даному регіоні. У полярних і екваторіальних широтах, де амплітуда коливання річних температур мала, ізотермічний обрій залягає близько до земної поверхні. Верхній шар земної кори, у якому температура міняється по сезонах року, називається активним. У Москві, наприклад, активний шар досягає глибини 20 м.