Из чего состоит земля?

Революционное изменение состава воздуха

Приблизительно в середине протерозоя (1,8 млрд. лет назад) произошла «кислородная революция», когда мир перешел к аэробному дыханию, в ходе которого из одной молекулы питательного вещества (глюкоза) можно получать 38, а не две (как при анаэробном дыхании) единицы энергии. Состав атмосферы Земли, в части кислорода, стал превышать один процент от современного, стал возникать озоновый слой, защищающий организмы от радиации. Именно от нее «скрывались» под толстыми панцирями, к примеру, такие древние животные, как трилобиты. С тех пор и до нашего времени содержание основного «дыхательного» элемента постепенно и медленно возрастало, обеспечивая многообразие развития форм жизни на планете.

Форма

На что похожа Земля? Какая форма у этого космического тела?

Астрономы и геодезисты много столетий пытались определить не только форму, но и точные очертания планеты. Она сформировалась под воздействием силы притяжения и силы тяжести. Она постоянно вращается вокруг своей оси и вокруг Солнца, поэтому постепенно сплющилась у полюсов и в районе экватора.

Поверхность Земли имеет форму сложной геометрической фигуры. Вся площадь планеты – 510 млн кв. км. 2/3 принадлежит Мировому океану, и только 1/3 – суше. Учитывая то, что поверхность планеты неровная, за основу вычислений берут поверхность, которая совпадает со средним уровнем Мирового океана. Ученые вывели общее понятие о Земле. И в геодезии и картографии оно называется «геоид».

Внешние сферы земного шара

Планета Земля отличается от любого другого известного ученым космического объекта тем, что обладает еще и внешними сферами, к которым принадлежат:

• гидросфера;
• атмосфера;
• биосфера.

Методы исследования этих сфер значительно отличаются, ведь все они очень разнятся по своему составу и объекту изучения.

Гидросфера

Под гидросферой понимается вся водная оболочка Земли, включая как огромные океаны, занимающие примерно 74% поверхности, так и моря, реки, озера и даже небольшие ручьи и водоемы.

Наибольшая толщина гидросферы составляет около 11 км и наблюдается в районе Марианской впадины. Именно вода считается источником жизни и тем, что отличается наш шар от всех остальных во Вселенной.

Гидросфера занимает примерно 1,4 млрд. км3 объема. Здесь кипит жизнь, и обеспечиваются условия для функционирования атмосферы.

Атмосфера

Газовая оболочка нашей планеты, надежно закрывающая ее недра от космических объектов (метеоритов), космического холода и других явлений, несовместимых с жизнью.

Толщина атмосферы составляет по разным оценкам около 1000 км. Возле поверхности грунта плотность атмосферы составляет плотность 1,225 кг/м3.

На 78% газовая оболочка состоит из азота, на 21% из кислорода, остальное приходится на такие элементы, как аргон, углекислый газ, гелий, метан и прочие.

Биосфера

В независимости от того, как изучают рассматриваемый вопрос ученые, биосфера составляет важнейшую часть структуры Земли – это та оболочка, которая населена живыми существами, включая и самих людей.

Биосфера не просто населена живыми существами, но еще и постоянно изменяется под их воздействием, в особенности, под воздействием человека и его деятельности. Целостное учение об этой сфере разработал великий ученый В. И. Вернадский. Самое это определение ввел австрийский геолог Зюсс.

Kepler 62 E

Сегодня Kepler 62 E одна из самых жизнепригодных планет из всех, что нам известно. Индекс подобия Земли чрезвычайно высок 0,83. Из-за близости к звезде и большого размера планеты, она может целиком покрыта океаном с каменистым дном, от полюса до полюса в обоих полушариях. Размер этого безбрежного водного пространства мы пока не способны даже представить, тихий океан был бы в нем лишь небольшим регионом, а ведь его площадь больше площади всей земной суши вместе взятой. С нашей планетой гипотетический водный мир разделят 1200 световых лет, иными словами, сегодня мы видим свет отраженный от Kepler 62 E таким, каким он был в девятом веке нашей эры.

Геодезия

Геоид

Для правильного изучения размеров и формы Земли используется геодезия, отрасль науки, ответственная за измерение размера и формы Земли с помощью обследований и математических расчетов.

На протяжении всей истории, геодезия была важной отраслью науки, так как ранние ученые и философы пытались определить форму Земли. Аристотель — первый человек, которому приписывают попытку рассчитать размер Земли и, следовательно, ранний геодезист

Затем последовал греческий философ Эратосфен, оценивший окружность Земли в 40 233 км, что лишь немного больше принятого в наши дни измерения.

Чтобы исследовать Землю и использовать геодезию, исследователи часто ссылаются на эллипсоид, геоид и референц-эллипсоид. Эллипсоид является теоретической математической моделью, которая показывает гладкое, упрощенное представление о поверхности Земли. Он используется для измерения расстояний на поверхности без учета таких факторов, как изменения высоты и формы рельефа

С учетом реальности земной поверхности, геодезисты используют геоид — модель планеты, которая строится с помощью глобального среднего уровня моря и, следовательно, принимает во внимание перепады высот

Основой геодезии на сегодняшний день являются данные, которые выступают в качестве ориентиров для глобальных геодезических работ. Сегодня такие технологии, как спутники и глобальные системы позиционирования (GPS), позволяют геодезистам и другим ученым делать чрезвычайно точные измерения поверхности Земли. На самом деле они настолько точны, что позволяют получать данные о поверхности Земли с точностью до сантиметров, обеспечивая наиболее точные измерения размера и формы Земли.

Мантия

Основной объем нашей планеты составляет мантия. Она занимает все пространство между рассмотренной выше корой и ядром и состоит из многих слоев. Наименьшая толщина до мантии составляет около 5 — 7 км.

Современный уровень развития науки и техники не позволяет непосредственно изучать данную часть Земли, поэтому для получения информации о ней используют косвенные методы.

Очень часто рождение новой земной коры сопровождается ее контактом с мантией, что особенно активно происходит в местах под океанскими водами.

Сегодня считается, что существует верхняя и нижняя мантии, которые разделяются границей Мохоровичича. Проценты этого распределения просчитаны достаточно точно, но требуют уточнения в будущем.

Что включает в себя поверхность Земли

Она включает в себя биосферу, гидросферу, литосферу, земную кору и нижний слой атмосферы.

Как известно, гидросфера объединяет все водные запасы планеты, а биосфера является живой оболочкой, которую заселяют живые организмы.

Литосфера

На самом деле, это оболочка планеты, находящаяся в твёрдом состоянии. Её образует земная кора и верхняя часть мантии. Другими словами, литосфера защищает планету, покрывая и скрывая её внутренности, от раскаленного вещества (ядра). Под ней располагается астеносфера, которая в свою очередь входит в состав внешней мантии. Здесь происходит уменьшение скорости сейсмических волн, а консистенция близка к горячей и вязкой жидкости.

Для литосфера, наоборот, характерно твёрдое состояние. В то же время она подвижная, что сказывается на внешней форме и виде планеты. Но процесс изменения проходит очень медленно, поэтому не слишком заметен даже за поколение.

А вот толщина литосферы может варьироваться от десяти до несколько сотен километров.

В состав литосферы входят:

• складчатые пояса — подвижные части;
• платформы, напротив, более стабильные.

Литосферные плиты — огромные блоки, способные к движению. В результате чего изменяется поверхность и рельеф Земли.

Литосферные плиты Земли

Земная кора

В действительности, это лишь верхняя граница твёрдой поверхности, которая находится над мантией. Между ними отмечается значительное увеличение скорости сейсмических волн. Причем данный промежуток получил название — граница Мохоровичича.

Земная кора относительно тонкий слой поверхности, поскольку простирается примерно до 130 км под уровнем моря. Здесь наиболее разнообразный химический состав относительно других слоев планеты. Хотя в большем количестве представлены кислород и кремний.

Граница Мохоровичича

Два типа земной коры

Во-первых, выделяют континентальную или материковую кору. Как оказалось, её толщина колеблется в пределах 35-45 км, но может достигать до 75 км. Она представляет собой поверхность континентов, которая состоит из трёх пластов:

• осадочный;
• гранитный;
• гранулит-базальтовый.

Во-вторых, различают океаническую кору, которая находится под океанами. В отличие от материковой имеет толщину от 5 до 10 км, и состоит из осадочного и в большей степени из базальтового слоя.

Земная Кора

Кислород

Кислород – химически неактивный неметалл. При стандартных условиях находится в бесцветном газообразном состоянии, без вкуса и запаха. Молекула включает два атома. В жидком виде отличается светло-голубым оттенком, в твердом выглядит как как кристаллы с синеватым отливом.

Кислород необходим всем живым существам на Земле. Он участвует в круговороте веществ свыше 3 млрд лет. Играет значимую роль в хозяйстве и природе:

• Участвует в фотосинтезе растений;
• Поглощается живыми организмами при дыхании;
• Выступает в роли окислителя в процессах брожения, гниения, ржавления;
• Содержится в органических молекулах;
• Необходим для получения ценных веществ органического синтеза.

В сжиженном состоянии кислород применяют для резки и сварки металлов, подземных и подводных работ, действий на большой высоте в безвоздушном пространстве. Кислородные подушки незаменимы при выполнении лечебных манипуляций.

Общие характеристики

Планета, на которой мы живем, называется Земля. Какая она, почему она стала домом для человеческой цивилизации?

Земля находится на третьем месте в планетарной Солнечной системе. Она самая большая среди земных планет. Сейчас ученые однозначно утверждают, что ее возраст – 4,5 млрд лет. И все начиналось с космической пыли, которая осталась после образования Солнца.

С самого начала планета была похожа на расплавленный океан с высокой радиоактивностью, где постоянно продолжались процессы создания тектонических плит. Постепенно сформировалась атмосфера, которая и принесла воду на Землю. Кометы и астероиды падали на нашу планету, создавали новые породы, формировали моря и океаны. Также падающие космические тела привносили изменения в климат и рельеф.

Ученые доказали, что сначала на планете совсем не было воды, и только по прошествии массы химических и биологических процессов, образовалась атмосфера, которая и породила преобладание воды.

Наша планета – голубая путешественница в космосе

Нахождение Земли недалеко от Солнца влияет на наличие тех или других химических веществ как в жидком, так и газообразном состоянии. Благодаря этому состав Земли разнообразен, образовалась атмосфера, гидросфера и литосфера. Атмосфера в основном состоит из смеси газов: азота и кислорода 78% и 21% соответственно. А также углекислого газа — 1,6% и ничтожного количества инертных газов, таких как гелий, неон, ксенон и других.

Гидросфера нашей планеты состоит из воды и занимает 3/4 её поверхности. Земля — единственная известная на сегодня планета Солнечной системы, которая обладает гидросферой. Вода сыграла решающую роль в процессе возникновения жизни на Земле. Благодаря ее циркуляции и высокой теплоёмкости гидросфера уравновешивает климатические условия на разных широтах и формирует климат на планете. Её представляют океаны, реки и подземные воды. Твёрдая часть нашей планеты состоит из осадочных образований, гранитного и базальтового слоя.

Как формировалось знание о мантии?

В начале 20-го века интенсивно обсуждалась граница Мохоровича. Некоторые исследователи считали, что именно там происходит метаморфический процесс, при котором формируются породы с высокой плотностью. Другие ученые объясняли резкое увеличение скорости движения сейсмических волн сменой содержания состава пород от относительно лёгких к более тяжёлым типам.

Сейчас эта точка зрения считается основной в понимании и методах исследования процессов, происходящих внутри планеты. Сама мантия Земли непосредственно недоступна для прямых исследований по причине глубокого залегания, и она не выходит на поверхность.

Поэтому основная информация получена геохимическими и геофизическими способами. В целом реконструкция через имеющиеся источники — весьма сложная задача. Мантия, принимающая излучение из центра, разогрета от 800 градусов наверху до 2000 градусов около ядра. Предполагается, собственно, что вещество мантии пребывает в беспрерывном движении.

От чего зависит состав и внутреннее устройство планеты

Естественно, что процесс образования планет Солнечной системы из газово-пылевого облака был длительным. Длительность этого процесса зависит от массы и размеров планет. Поэтому становится понятным, что Зем­ля, имеющая больший радиус, чем, скажем, Луна, Марс, Ве­нера и Меркурий, обладает большими энергетическими ре­сурсами и продолжает свое геологическое развитие до на­стоящего времени.

Луна, Марс, Венера и Меркурий свои энергетические ре­сурсы утратили и поэтому в настоящее время представляют собой геологически пассивные объекты. Этим выводом можно объяснить и то по­ложение, что Земля и Луна, сформированные примерно на одном удалении от Солнца, согласно законам распределе­ния вещества с одинаковыми магнитными свойствами — магнит­ной сепарации, должны иметь равные исходные концентра­ции элементов, в том числе и радиоактивных.

Луна , в отли­чие от Земли, находясь в состоянии тектонического покоя, может расходовать радиоактивное тепло только на подогрев своего тела, в то время как на Земле оно является также и источником тектонических преобразований.

При построении модели Марса следует исходить из тео­ретических расчетов о конденсации протопланетного обла­ка в зоне этой планеты в условиях, при которых часть желе­за замещалась серой, а магнезиальные силикаты обогаща­лись железом в большем количестве, чем при образовании Земли и Венеры. Это обстоятельство может свидетельство­вать о том, что ядро Марса слагается преимущественно сер­нистым железом; заметное количество железа присутствует и в его силикатных оболочках.

Внутреннее строение планет земной группы – Меркурия, Венеры, Земли и Марса

По разработанной модели Марса его кора имеет толщину до 100 км, значительно обо­гащенную железом мантию — толщиной около 2500 км и небольшое ядро. Ядро Марса со­ставляет 7% полной массы планеты. Анализ гравитационно­го поля Марса и интерпретация полученной сейсмограммы позволили отметить распределение утонений и утолщений коры в зависимости от форм рельефа: более толстая кора соответствует возвышенностям, а более тонкая — понижениям. В среднем толщина коры под континентами Марса составляет 43—45 км, местами увеличиваясь до 80— 100 км, а в пониженных участках — не превышает 10—30 км.

Меркурий имеет, вероятно, расплавленное железно-никелевое ядро и силикатную оболочку. Температура на границе ядра и силикатной оболочки оценивается 2000° С. Его ядро окружено силикатной мантией толщиной до 600 км, а кора планеты составляет толщину от 100 до 300 км. Размер ядра Меркурия аномален по сравнению с другими планетами “земной группы” – он составляет около 3/4 диаметра планеты, и примерно равен размерам Луны.

Венера также изучена весьма слабо , считается что её кора имеет толщину примерно в 16 км. Далее идет мантия, силикатная оболочка, простирающаяся на глубину порядка 3300 км до границы с железным ядром, значительно превосходящим по размеру земное, масса которого составляет около 1/4 массы планеты. Поскольку собственное магнитное поле Венеры отсутствует, то считается, что ядро планеты находится в твёрдом состоянии.

Расстояние до ядра Земли

Достичь наиболее глубокий центральный участок небесного тела еще никому не удавалось. Лавы, извергающихся вулканов, плавятся на глубине 220-300 км, образование драгоценных пород (бриллиантов) происходит не ниже 500 км. Все, что находится глубже — это тайна. Однако, ученые нашли способ ответить на вопрос “Сколько километров до ядра Земли” с помощью сейсмологии.

Во время
землетрясений образуются мощные ударные волны по всей планете. Подобные
колебания должны проходить по всей территории земного шара. Но, если толчки от
землетрясений происходят на одной стороне планеты, то на противоположной —
колебательные волны подавляются. Исследовав эти данные, ученые пришли к выводу,
что S-волны реверберируют, сталкиваясь с твердым и жидким слоями. 

После того,
как специалисты воссоздали карту движений колебательных волн, стало ясно, что
на расстоянии 3000 км находятся жидкие породы.

Магний

Магний – ковкий, легкий металл серебристого оттенка. В таблице Менделеева отмечен символом Mg. Получен в 1808 году англичанином Г. Дэви. Занимает 8 место по объему в земной коре. Природными источниками являются минеральные отложения, рассолы и морская вода.

В стандартном состоянии покрыт слоем оксида магния, который распадается при температуре +600-650C. При сгорании выделяет ярко-белое пламя с формированием нитрида и оксида.

Металлический магний используется во многих сферах:

• При регенерации титана;
• В получении легких литейных сплавов;
• В создании зажигательных и осветительных ракет.

Магниевые сплавы – важнейший конструкционный материал в транспортной и авиационной промышленности.

Магний не зря называют «металлом жизни». Без него невозможно большинство физиологических процессов. Он играет ведущую роль в функционировании нервной и мышечной ткани, участвует в липидном, белковом и углеводном обмене.

Астрономия

В солнечной системе голубая планета совсем небольшая по размерам, но единственная, где проживает человечество. Конечно же, об этом много споров, и возможно, что вселенная населена и другими незнакомыми нам существами.

Отличительной особенностью Земли в астрономическом плане является пригодность ее для жизни человека, а большая часть земной коры покрыта водными ресурсами. Также атмосферный слой защищает планету от негативного влияния других космических тел и явлений.

Вокруг голубой планеты непрестанно вращается один-единственный спутник. На самом деле планета Земля – это крошечное по астрономическим понятиям тело, но учитывая все факторы, заслуживает особого внимания к себе. Ученые смотрят на нее как на объект для изучения, который пребывает в движении вокруг Солнца и вокруг своей оси.

Единый состав до высоты 90 километров

Кроме того, здесь можно найти пыль, капельки воды, водяной пар, продукты горения, кристаллики льда, морские соли, множество аэрозольных частиц и др. Такой состав атмосферы Земли наблюдается приблизительно до девяноста километров высоты, поэтому воздух примерно одинаков по химическому составу, не только в тропосфере, но и в вышележащих слоях. Но там атмосфера имеет принципиально другие физические свойства. Слой же, который имеет общий химический состав, называют гомосферой.

Какие элементы еще входят в состав атмосферы Земли? В процентах (по объему, в сухом воздухе) здесь представлены такие газы как криптон (около 1.14 х 10-4), ксенон (8.7 х 10-7), водород (5.0 х 10-5), метан (около 1.7 х 10-4), закись азота (5.0 х 10-5) и др. В процентах по массе из перечисленных компонентов больше всего закиси азота и водорода, далее следует гелий, криптон и пр.

Proxima B

Планету под названием Proxima B обнаружили в августе 2016 года. Вращается она не вокруг солнца, а вокруг другой звезды, красного карлика под названием Proxima Центавра. Красный карлик выполняют схожие с солнцем функции, освещая и согревая планеты. Proxima B больше нашей земли примерно на 40 процентов, большую часть планеты также покрывает океан, год на экзопланете длится всего 11 дней. Но есть у недавно открытой планеты и свои недостатки, она очень темная, свет почти не проникает к поверхности. По всей планете проносятся ураганные ветры и даже смерти, и они намного сильнее земных бурь.

Из чего состоит Земля

В соответствии с классическим геологическим учением о строении нашей планеты, она состоит из таких основных геосфер: земная кора, мантия и ядро, которые в свою очередь делятся на еще на несколько слоев.

Вещества, содержащиеся в этих геосферах, имеют различные физические свойства, находятся в различном агрегатном состоянии и обладают отличным друг от друга минералогическим составом.

Внешний, относительно тонкий слой поверхности Земли называют корой. При помощи сейсмического метода было показано, что этот слой имеет толщину от 5 до 70 км в зависимости от того, где этот участок находится. Земная кора обычно толще на суше и тоньше под поверхностью океана.

Человек ещё не научился закапываться так глубоко, поэтому приходится пользоваться тем, что нам предоставляет природа. Действие землетрясений (а также подземных взрывов, имитирующих землетрясение), смещают пласты пород и образуются сейсмические волны, которые люди научились использовать для того, чтобы изучить из чего состоит планета Земля без необходимости бурить скважины.

Необходимо изучать и химический состав планеты. Полученные знания, прежде всего, базируются на изучении излившихся лав, которые в большинстве своем имеют базальтовый состав. Ведь сейсмологический метод позволяет узнать только о плотности вещества, но не о его происхождении и характеристиках.

Следующий, гораздо более экзотический поставщик информации – метеориты, они состоят из первичного вещества, из которого возникла и наша планета, что дает возможность предполагать и строить гипотезы.

Но все же, основные знания были получены с использованием сейсмологического метода – исследование скачкообразных изменений при изучении скоростей сейсмоволн, позволило предположить, что происходит постепенное уплотнение вещества планеты и разбить множество границ внутри Земли.

Соответственно, полученные знания вылились в различные модели, которые будоражили ученых двадцатого века и продолжают совершенствоваться в нашем веке. В 1909 году геофизик Андрей Мохоровичич, открыл слой, резко разделяющий земную кору и мантию, названный границей Мохо, с этого и началось детальное изучение строение Земли.

Вас также заинтересует  Что такое Галактика Млечный Путь — интересные факты

В 1936 году были доказано существование твердого, внутреннего ядра, так как ядро имеющее свойство жидкости не пропускает поперечные волны, а внутренние пропускает. Затем Буллен и Джеффрис создали общую модель Земли, которая в дальнейшем претерпевала некоторые изменения и дополнения.

Эта модель вводит удобное разделение на зоны, каждая из которых отображает различные свойства (и их изменения) земных недр. Дальнейшие работы опиравшиеся на методы механики, остановились, на первый план вышла физика высоких давлений.

В 1960 году вводится понятие астеносфера – это пластичный слой, начинающийся с глубины примерно 70 км, по которому перемещаются литосферные плиты, там скорость продольных сейсмоволн скачкообразно падает, но после, постепенно она начинает расти.

Плотность

Впервые плотность Земли была выявлена И. Ньютоном в 1736 году. Он доказал, что этот показатель находится в пределах от 5 до 6 г/см3. Последующие измерения позволили выявить более точные данные, которые получили название средней плотности планеты Земля. Эта величина превышает плотность верхних горизонтов земной коры, которая на основе многочисленных измерений выходит на поверхность горных пород и может быть определена более точно.

Вычислить плотность поверхности Земли ученым еще как-то удалось, а вот решить, каким будет это значение на глубине свыше 16 километров, невозможно. Для определения этих показателей учитывается скорость сейсмических волн, сила тяжести и ряд других параметров.

Расстояние до центра Земли

Для того, чтобы просчитать, сколько километров до центра Земли, нужно сначала понять, какую форму имеет наша планета. Это – слегка приплюснутый эллипсоид. Землю можно было бы назвать также геоидом, но в идеале она должна была бы быть тогда полностью жидкой. Свои нюансы вносит и рельеф. Несколько познавательных фактов о рельефе:

• самая высокая точка поверхности Земли – гора Эверест (высота – 8848 метров над уровнем моря);
• самая глубока точка Земли – Марианская впадина (глубина – 10994 метра под уровнем моря);
• экваториальный диаметр имеет протяженность на 43 км больше, чем полярный;

Высчитывается расстояние до центра Земли в км, исходя из полярного и экваториального радиусов, которые составляют 6356,77 км и 6378,160 км соответственно.

Западная Сахара

Западная Сахара — африканская спорная территория.

Западная Сахара представляет собой территорию площадью 266 800 кв.км, которая некогда была испанской колонией. Однако когда бывшая метрополия вывела свои войска оттуда, богатая нефтью, железными рудами и фосфоритами, часть пустыни стала лакомым кусочком для соседних государств. Исключением стала Мавритания — первоначально Западную Сахару поделили между ней и Марокко, однако первая через некоторое время вывела оттуда войска и отказалась от территориальных притязаний.

В большинстве своем территория Западной Сахары так и остается пустынной.

А вот Марокко очень хотела заполучить желанную территорию, вот только теперь из приходится сходиться в спорах за нее с самопровозглашенной Сахарской Арабской Демократической Республикой (САДР), которая существует за счет активной поддержки Алжира. Проблема принадлежности Западной Сахары продолжает оставаться нерешенной по ряду причин: во-первых, САДР фактически контролирует только пятую часть этой территории, во-вторых, самопровозглашенное государство признала только сотня стран, а в-третьих, ООН официально присвоила Западной Сахаре статус Terra nullius.