Земля – планета Солнечной системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

на тему: "Земля - планета Солнечной системы"

Образование Вселенной

Земля - одна из 9 планет Солнечной системы, а Солнце представляет собой самую рядовую звезду типа желтого карлика, находящуюся в Галактике Млечного Пути, одной из сотен тыс. яч галактик в наблюдаемой части Вселенной. Несмотря на то, что непосредственным объектом изучения геологии является планета Земля, необходимы знания и о других планетах, звездах, галактиках, так как все они находятся в определенном взаимодействии, начиная с момента их появления во Вселенной. Наша планета является частицей огромного космического пространства, и будет уместно отметить, каким образом, по современным представлениям, возникла и эволюционировала Вселенная, а вместе с ней и Солнечная система.

В наблюдаемой форме Вселенная возникла 20 млрд. лет назад. До этого времени её вещество находилось в условиях бесконечно больших температур и плотностей, которые современная физика не может описать. Такое состояние назвали сингулярным.

Теория расширяющейся Вселенной или Большого Взрыва, впервые была создана в России в 1922 г. А.А. Фридманом.

С какого-то момента, 20 млрд. лет назад, вещество, находящееся в сингулярном, подверглось внезапному расширению, которое в самых общих чертах можно сравнить со взрывом, хотя и весьма своеобразным.

Современная теоретическая физика достоверно описывает процессы Большого взрыва, но только после 0.01с с момента его начала.

С момента начала Б. В. вещество Вселенной непрерывно расширяется и все объекты в ней, в том числе галактики и звезды, равно удаляются друг от друга. вселенная солнечная земля строение

Доказательство этого явления связано с хорошо известным из физики эффектом Доплера, заключающимся в том, что спектральные линии поглощения в наблюдаемых спектрах удаляющегося от нас объекта всегда смещаются в красную сторону, а приближающегося - в голубую. Во всех случаях наблюдения спектральных линий поглощения от галактик и далеких звезд смещение происходит в красную сторону, причем чем дальше отстоит объект наблюдения, тем смещение больше.

Все галактики и звезды удаляются от нас, а самые далекие из них движутся с большей скоростью. Это закон Хаббла, 1929 г.

V=H*R,

где: V - скорость удаления, км/;

R - расстояние до космического объекта, св. лет;

H-коэффициент пропорциональности или, постоянная Хаббла-15х 10^-6км/(схсв. лет).

Например, скопление галактик в созвездии Девы (расстояние 78 млн. св. лет) удаляется от нас со скоростью 1200 км/с, а галактики в созвездии Гидры (расстояние 3 млрд. 960 млн. св. лет) - со скоростью 61 000 км/с.

Солнечная система находится на краю Галактики Млечного Пути, одной из 100 000 галактик в наблюдаемой части Вселенной.

Основные особенности нашей Солнечной системы следующие:

1. Центром системы является Солнце. Вокруг него вращаются девять больших планет, кольцо астероидов между орбитами Марса и Юпитера, большое количество комет и метеорных частиц, массы рассеянного газа и пыли.

2. Почти все вещество Солнечной системы заключено в Солнце (99.86 %).

3. Орбиты больших планет - эллипсы, мало отличающиеся от окружностей. Астероиды движутся по вытянутым эллипсам. Особенно сильно вытянуты орбиты комет.

4. Плоскости орбит девяти больших планет и плоскость солнечного экватора почти совпадают между собой. Исключение составляет орбита Плутона, наклоненная к главной плоскости Солнечной системы под углом 17^о.

5. Почти все вращения (вокруг Солнца и вокруг собственной оси) в Солнечной системе происходят в одном направлении.

6. В расстояниях планет от Солнца наблюдается определенная закономерность; каждая последующая планета отстоит от Солнца в два раза дальше, чем предыдущая.

7. Планеты принято подразделять на внутренние, ближайшие к Солнцу (Меркурий, Венера, Земля, Марс), и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон), расположенные на больших расстояниях. Внутренние планеты отличаются от внешних высокой плотностью, сравнительно небольшими размерами, меньшими скоростями их вращения вокруг осей, меньшим количеством спутников.

8. В Солнце сосредоточено 99.866 % всей массы Солнечной системы. На все девять планет и их спутники приходится 0.134 % вещества солнечной системы. В то же время 98 % момента количества движения сосредоточено в планетах.

Солнце - огромный шар пылающей плазмы, в котором идут ядерные реакции.

Объем Солнца в 1300 тыс. раз больше Земли, по массе в 330 тыс. раз.

Средняя плотность Солнца - 1.41 г/см³.

Температура поверхности Солнца - 6000 ^оС до 20 000 000 ^оС в центре.

В наружной оболочке непрерывно протекает ядерная реакция превращения водорода в гелий. 1 м² поверхности Солнца излучает в мировое пространство энергию в 85 тыс. л.с. в сек.

По солнечному спектру определено 66 элементов в составе атмосферы С., водорода - 54 %, гелия - 45 %, в недрах 50 % водорода и 40 % гелия.

(Характеристики планет, планетоидов и метеоритов на самостоятельное изучение).

Форма и размеры Земли

Исследования формы Земли при помощи современных методов позволили уточнить форму и размеры Земли, которые были вычислены геодезистом А.А. Изотовым в 1940 г. (эллипсоид Красовского).

Основные параметры:

экваториальный радиус, а 6378.245 км;

Полярный радиус, с 6356.863 км;

Полярное сжатие, (а-с/а) 1/297.3;

Площадь поверхности около 5210 млн. км²;

Объем 1083^.10¹² км³;

Масса Земли 5.976^.10¹⁸ т;

Средняя плотность 5.52 г/см³;

Средняя плотность горных пород на земной поверхности 2.8 г/см³.

Разница значений плотностей указывает на то, что в недрах Земли должны находиться очень плотные породы.

Наиболее высокая точка г. Эверест (Джомолунгма) 8848м, наибольшая глубина 11022 м, т.о. размах рельефа составляет 19870 м.

Средняя высота материков 850 м.

Средняя глубина океанов 3800 м.

Земная поверхность: океан - 70.8 %; суша - 29.2 %.

Внешние и внутренние оболочки Земли

Поверхность Земли - поверхность раздела.

Атмосфера. Верхняя граница 700-800 км, или даже 900-1000 км, а с учетом экзосферы 2000-3000 км, в настоящее время содержит 5.3^. 10³ трлн. т. воздуха, что составляет одну миллионную часть массы Земли, около 90 % массы атмосферы приходится на нижние 10 км. Плотность воздуха на уровне моря 1.3^. 10^-3г/см³.

Тропосфера. До 10-12 км, формируются погода и климат, мощные воздушные течения, циклоны и антициклоны.

Сухой воздух состоит: азот 78.08 %, кислород 20.95 %, аргон 0.93 %, углекислый газ 0,03 %, в малых количествах благородные газы и водород. Пыль природная и антропогенная.

Температура медленно понижается до минус 60-70 ^оС на высотах 10-12 км.

Стратосфера. До 50 км. До 40 км температура от -40 до -50 ^оС, затем быстро возрастает до +15 ^оС. В настоящее время обнаружена активная циркуляция воздуха в стратосфере. Важно наличие озонового слоя на высотах от 17 до 30 км, который задерживает ультрафиолет.

Мезосфера. Высоты 50-80 км. Газовый состав, с преобладанием кислорода и азота, очень устойчив. Температура от нижней границы к верхней понижается от -70 до -90 ^оС.

У верхней границы образуются серебристые облака, состоящие из мелких кристалликов льда.

Термосфера. (Верхняя граница около 800-1000 км). Наиболее разреженный слой с повышенной ионизацией с существенным повышением температуры. Температура изменяется от -90 ^оС на высотк около 80км до 400^оС при высоте около 200 км.

Гидросфера располагается между атм. и твердой земной поверхностью. Прерывистая водная оболочка земли, куда кроме Мирового океана входят все наземные и подземные воды.

В составе Г-сферы 3 основных типа: океаносфера (моря и океаны); воды суши; ледники.

Промежуточное положение - подземные воды, сосредоточенные в литосфере, но тесно связанные с водами Г-сферы.

По В.И. Вернадскому количество вод оценивается:

океаны - 1370 млн. км³;

на суше - 4 млн. км³;

материковых льдов - 16-20млн. км³;

подземных - 400млн. км³. Всего - 1.8 млрд. км³.

Хим. состав гидросферы различен для вод суши и мирового океана. В океанской воде, в среднем 35г солей в 1л. Пресные воды до 1г/л.

Гидросфера играет в геологической истории развития Земли одну из самых важных ролей. В её пределах возникла и развивается жизнь, проходят сложнейшую эволюцию земные организмы. В гидросфере образуются и развиваются своеобразные ландшафты, осадочные горные породы и рельеф Земли.

Биосфера. Оболочка Земли, в которой сосредоточена жизнь, - была выделена в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом, однако её особое значение для геологических и геохимических процессов было выявлено значительно позже акад. В.И. Вернадским. Биосфера окружает Землю сплошной оболочкой. Только кратеры действующих вулканов, потоки не застывшей лавы и, может быть, некоторые замкнутые водоемы с особенно высокой концентрацией мин. солей и кислот могут считаться временно безжизненными, но только временно.

Нижняя граница биосферы (по Вернадскому) "должна лежать выше областей, где господствуют горячие пары воды, и температура не опускается ниже 100 ^оС, в среднем на уровне 3-4 км от уровня геоида", т.е. положение этой границы определяется предельной температурой, при которой могут существовать простейшие организмы.

По подсчетам Вернадского масса живой органической материи на Земле - 0.001 % от массы земной коры. Большая её часть в океане в виде планктона.

Геологическое значение живых организмов огромно. Пропускают через себя и перерабатывают большое количество вещества. За 13 лет организмы пропускают через себя такое количество углерода, которое в 10 раз превышает все его содержание в земной коре. В.И. Вернадский считает весь кислород атмосферы продуктом жизнедеятельности организмов. Скопления каменного угля, торфа, нефти, мела, известняков (органогенных), фосфоритов, многих железных и марганцевых руд и т.п. - результат жизнедеятельности организмов, также как и почвы результат взаимодействия их с горными породами.

20-22 элемента могут концентрироваться в организмах в значительных количествах. Это Pb, Zn, Ni, Pt, Be, U, редкие земли и другие элементы.

По концентрации элементов в растениях - геоботанический метод поисков.

Земная кора. Представления о составе и физическом состоянии земных глубин основывается на комплексных геофизических исследованиях недр Земли. Главным является сейсмический метод (греч. "сейсма" - сотрясение), основанный на изучении путей и скоростей распространения внутри Земли упругих колебаний, возникающих при землетрясениях и вызванных искусственными взрывами.

Продольные волны - частицы материи колеблются в направлении движения волны (вдоль сейсмического луча). При этом создаются участки сжатия и расширения, распространяющиеся во все стороны от очага землетрясения (реакция среды на изменение объема). Продольные волны могут распространятся в твердых, жидких и газообразных средах, идут быстрее других и первыми приходят к наблюдателю.

Поперечные волны (реакция среды на изменение формы) распространяются только в твердых телах. Частицы материи колеблются в плоскости, перпендикулярной направлению сейсмического луча.

При анализе изменения скоростей сейсмических волн (естественных и искусственных), проходящих через земной шар (сейсмическое зондирование), выделяют три главные сферы Земли, отделенных друг от друга поверхностями раздела, где резко меняются скорости волн.

Земная кора - это твердая внешняя оболочка Земли. Её мощность колеблется от 5-20 (12) км в океанах до 30-40 км в равнинных областях и до 50-75 км в горных регионах.

При М_ср=33км, Р_ср=2.8г/см³ масса коры составит 4.7^.10⁷ трлн. т, или 0.8 % всей массы Земли. До недавнего времени этот слой называли сиалью (кремний и алюминий), в отличие от нижних слоев, которые называли симой (кремний +магний).

В действительности земная кора состоит из легкоплавких силикатов с преобладанием алюмосиликатов. Больше всего в земной коре содержится кислорода (49.13 %), кремния (26 %), и алюминия (7.45 %). Кислород в земной коре содержится в форме оксидов, в среднем: SiO₂ - 58 %; Al₂O₃ - 15 %; FeO и F₂O₃ - 8 %; CaO - 6 %; MgO и Na₂O - 4 %; K₂O - 2.5 %.

Граница земной коры от нижележащей мантии характеризуется возрастанием скорости сейсмических волн: продольных от 5.57-7.6 до 7.9-8.3 км/с; поперечных от 3.36-3.7 до 4.5-4.7 км/с.

Поверхностный раздел открыт югославским сейсмологом А. Мохоровичичем и назван поверхностью Мохоровичича или Мохо.

Мантия Земли распространяется под земной корой до глубины 2900 км от поверхности. Её делят на две части:

верхнюю - слои "В" и "С" до глубины 900-1000 км;

Нижнюю - слои "D" и "D₁" глубины от 900-1000 до 2900 км.

Слой "В" - Гутнберга, а слой "С" - переходный или слой Голицина.

В слое "В" - астеносфера. Под континентами 80-120 до 200-250 км, под океанами от 50-60 до 300-400 км. Астеносфера является волноводом - Дж Баррелл, 1916 г.

Верхняя часть мантии (твердая) вместе с земной корой - литосфера.

К астеносфере приурочено большинство зарегистрированных очагов промежуточных землетрясений. Полагают, что в ней возникают магматические очаги, что это наиболее вероятная зона проявления подкоровых конвекционных течений и зарождения вертикальных и горизонтальных движений земной коры, т.е. важнейших эндогенных процессов, имеющих непосредственное отношение к становлению земной коры, к её деформациям, строению и составу. Поэтом астеносферу вместе с перекрывающей её частью верхней мантии и земной корой объединяют в тектоносферу.

Ниже астеносферы скорость продольных волн резко возрастает, достигая на глубинах 900-2000 км 11.3-11.4 км/с.

В нижней мантии скорости поперечных волн хотя и продолжают расти, но значительно медленнее, чем в слое "С" верхней мантии, достигая на глубинах 2700-2900км 13.6км/с.

На глубине 2900км намечается новый раздел сейсмического характера, который отделяет мантию от ядра. Здесь скорости продольных волн скачкообразно падают с 13.6 км/с в основании мантии до 8.1 км/с в ядре.

Ядро Земли. В нем выделяются внешнее, переходное и внутреннее ядра. Внешнее на глубине 2900 до 4980 км, переходное - до глубин 51120 км, а внутреннее ядро находится ниже.

Скорость распространения продольных сейсмических волн (Р) в нижней части земной коры в среднем составляет 6.5-7.4 км/с, а поперечных (S) - около 3.73.8 км/с.

Размещено на Allbest.ru