Планета Земля

21

Содержание

Введение

1. История Земли.

2. Географические сведения.

3. Строение Земли.

3.1 Форма.

3.2 Химический состав.

3.3 Внутреннее строение.

3.3.1 Земная кора.

3.3.2 Мантия земли.

3.3.3 Ядро Земли.

3.4 Тектонические платформы.

3.5 Гидросфера.

3.6 Атмосфера.

3.7 Биосфера.

4. Орбита и вращение Земли.

5. Будущее.

Заключение.

Литература.

Введение

Представленная работа посвящена теме "Земля. Ее строение, происхождение и начальные этапы эволюции". Проблема данного исследования носит актуальный характер в современных условиях. Об этом свидетельствует частое изучение поднятых вопросов. Данная тема изучается на стыке сразу нескольких взаимосвязанных дисциплин: физики, химии, географии, биологии, астрономии, космологии, геофизики и геохимии и многих других. Для современного состояния науки характерен переход к глобальному рассмотрению проблем данной тематики.

Дальнейшее внимание к вопросу о проблеме "Земля - планета солнечной системы" необходимо в целях более глубокого и обоснованного разрешения частных актуальных проблем тематики данного исследования.

Актуальность настоящей работы обусловлена, с одной стороны, большим интересом к теме «Земля …» в современной науке, с другой стороны, ее недостаточной разработанностью в силу невозможности дать точные ответы на глобальные вопросы об истории нашей планеты.

Ведь планета Земля как одна из планет Солнечной системы на первый взгляд ничем не примечательна. Это не самая большая, но и не самая малая из планет. Она не ближе других к солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И всё же Земля обладает одной уникальной особенностью - на ней есть жизнь. И именно из-за ее размеров и положения на ней появилась жизнь.

Несомненно, всестороннее изучение Земли имеет громадное значение для человечества, но знания о ней служат также своеобразной отправной точкой при изучении остальных планет земной группы.

Теоретическое значение изучения проблемы "Земля - планета солнечной системы" заключается в том, что избранная для рассмотрения проблематика находится на стыке сразу нескольких научных дисциплин.

Объектом данного исследования является анализ условий возникновения и эволюции Земли.

При этом предметом исследования является рассмотрение отдельных вопросов, сформулированных в качестве задач данного исследования.

Целью исследования является изучение темы "Земля…" - объяснение процессов от момента возникновения до начальных этапов эволюции планеты с точки зрения новейших отечественных и зарубежных исследований по сходной проблематике.

В рамках достижения поставленной цели автором были поставлены и решения следующие задачи:

1. Изучить теоретические аспекты и выявить природу происхождения, эволюции и строения Земли;

2. Сказать об актуальности нерешенности проблемы зарождения Земли в современных условиях;

3. Изложить возможности решения тематики происхождения жизни;

4. Обозначить тенденции развития данной тематики.

1. История Земли.

Земля и другие планеты солнечной системы сформировались 4,54 млрд лет назад из единой солнечной туманности, дискообразной массы пыли и газа, оставшейся после формирования Солнца. Первоначально внешний слой Земли представлял собой расплавленную массу. Когда в атмосфере стала накапливаться вода, поверхность планеты начала остывать и отвердевать. Луна сформировалась позднее, возможно в результате касательного столкновения Земли с объектом, по размерам близким Марсу и массой 10 % от земной (иногда этот объект называют «Тейя»). Часть массы этого тела слилась с Землёй, а часть была выброшена в околоземное пространство и образовала раскалённое кольцо обломков, со временем агрегировавшееся и давшее начало Луне. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#cite_note-nig804-6

Обезгаживание и вулканическая активность привели к образованию первичной атмосферы. Конденсация водяного пара, усиленная льдом, занесённым кометами, привела к образованию океанов. Предположительно 4 млрд лет назад, интенсивные химические реакции привели к возникновению самовоспроизводящихся молекул, и в течение полумиллиарда лет появился «последний универсальный общий предок».

Развитие фотосинтеза позволило живым организмам напрямую накапливать солнечную энергию. В результате в атмосфере стал накапливаться кислород, а в верхних слоях -- формироваться озоновый слой. Слияние мелких клеток с более крупными привело к развитию сложных клеток -- эукариотов. Настоящие многоклеточные организмы, состоящие из группы клеток, стали всё больше приспосабливаться к окружающим условиям. Благодаря поглощению губительного ультрафиолетового излучения озоновым слоем, жизнь смогла начать освоение поверхности Земли.

Поскольку поверхность планеты постоянно изменялась в течение сотен миллионов лет, континенты появлялись и разрушались. Континенты перемещались по поверхности, порой собираясь в суперконтинент. Приблизительно 750 млн лет назад, самый ранний из известных суперконтинентов -- Родиния, стал раскалываться на части. Позже континенты объединились в Паннотию (600--540 млн лет назад), затем в последний из суперконтинентов -- Пангею, который распался 180 млн лет назад.

В 1960 году была выдвинута гипотеза Snowball Earth, утверждающая, что в период между 750 и 580 млн лет назад Земля была полностью покрыта льдом. Эта гипотеза объясняет кембрийский взрыв, когда резко ускорилось распространение многоклеточных форм жизни. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#cite_ref-12

После кембрийского взрыва, около 535 млн лет назад, было пять массовых вымираний. Последнее массовое вымирание случилось 65 млн лет назад, когда, вероятно, падение метеорита привело к исчезновению динозавров (не птиц) и других крупных рептилий, но обошло мелких зверей, таких как млекопитающие, которые тогда напоминали землероек. В течение последних 65 млн лет, развилось огромное количество разнообразных видов млекопитающих, и несколько миллионов лет назад обезьяноподобные животные получили способность прямохождения. Это позволило использовать орудия и способствовало общению, которое помогало добывать пищу и стимулировало необходимость в большом мозге. Развитие земледелия, а затем цивилизации, в короткие сроки позволило людям воздействовать на Землю как никакая другая форма жизни, влиять на природу и численность других видов.

Последний пример ледникового периода начался примерно 40 млн лет назад, затем усилился в Плейстоцен около 3 млн лет назад. Полярные регионы до сих пор переносят повторяющиеся циклы похолодания и потепления, происходящие каждые 40-100 000 лет. Последний ледниковый период закончился 10 000 лет назад. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#.D0.98.D1.81.D1.82.D0.BE.D1.80.D0.B8.D1.8F_.D0.97.D0.B5.D0.BC.D0.BB.D0.B8

2. Географические сведения

Физические характеристики

Средний радиус 6 371,0 км

Полярный радиус 6 356,8 км

Площадь поверхности 510 072 000 km?

Объём 1,0832073?10¹² km?

Масса 5,9736?10²⁴ кг

Средняя плотность 5,5153 г/см?

Ускорение свободного падения 9,780327 м/с?

у поверхности (в среднем)

Скорость вращения на экваторе 465,11 м/с

Наклон оси вращения планеты 23,439281°

Альбедо 0,367

Площадь

Поверхность 510,073 миллионов км2

Суша 148,94 млн км? (29,2 %)

Вода 361,132 млн км? (70,8 %)

Длина береговой линии 356 000 км

Температура

Минимальная ?89 °C

Средняя 14 °C

Максимальная 57.7 °C

Состав атмосферы

78,08% Азот (N₂)

20,95% Кислород (O₂)

0,93% Аргон

0,038% Углекислый газ

Ок. 1% водного пара (в зависимости от климата)

3. Строение Земли.

Земля относится к планетам земной группы, а значит она, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Эта крупнейшая из четырёх планет земной группы в солнечной системе, как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля имеет наибольшую плотность, самую сильную поверхностную гравитацию и сильнейшее магнитное поле среди этих четырёх планет. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#cite_ref-18

3.1 Форма.

Рисунок 2 Сопоставление размеров планет земной группы (слева направо): Меркурий, Венера, Земля, Марс.

Форма Земли (геоид) близка к вытянутому эллипсоиду -- шарообразная форма с утолщениями на экваторе -- и отличается от него на величину до 100 метров. Средний диаметр планеты примерно равен 12 742 км. Более точно это 40 000 км/р.

Вращение земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем диаметр между полюсами планеты. Высшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8 848 м над уровнем моря), а глубочайшей -- Марианская впадина (10 911 м под уровнем моря). Поэтому, по сравнению с идеальным эллипсоидом, Земля имеет допуск в пределах 0,17 % (1/584), что меньше 0,22 % -- допустимого допуска для бильярдного шара. Из-за выпуклости экватора, самой удалённой точкой поверхности от центра Земли фактически является вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#cite_ref-20

3.2 Химический состав.

Масса Земли приблизительно равна 5,98?1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю ?1050. Она состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %); на остальные элементы приходится 1,2 %. Из-за сегрегации по массе внутреннее пространство, предположительно, состоит из железа(88,8 %), небольшого количества никеля (5,8 %), серы (4,5 %).

Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породосоставляющие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов; суммарное содержание хлора, серы и фтора в породах обычно составляет менее 1 %. Основными оксидами являются кремнезём (SiO2), глинозём (Al2O3), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), оксид калия (K2O) и оксид натрия (Na2O). Кремнезём служит главным образом кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с ним. Из расчётов, основанных на анализе 1 672 видов пород, Кларк сделал вывод, что 99,22 % из них содержат 11 оксидов. Все прочие компоненты встречаются в очень незначительном количестве.

3.3 Внутреннее строение.

Рисунок 3 Общая структура планеты Земля

Таблица 1 Общая структура планеты Земля

Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя -- твёрдая. Геологические слои Земли по глубине от поверхности:.

Таблица 2 Внутреннее строение Земли

4. Орбита и вращение Земли.

Земле требуется в среднем 23 часа 56 минут и 4.091 секунд (звёздные сутки), чтобы совершить один оборот вокруг оси, соединяющей северный и южный полюса. Скорость вращения планеты с запада на восток составляет примерно 15 градусов в час (1 градус в 4 минуты, 15' в минуту). Это эквивалентно видимому диаметру Солнца или Луны каждые две минуты. (Видимые размеры Солнца и Луны примерно одинаковы.)

Вращение земли замедляется с течением времени. Приблизительно, угловое замедление составляет 33 секунды/столетие.

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите на расстоянии около 150 млн км со скоростью примерно равной 30 км/c (108 000 км/час) ^ Скорость движения Земли по орбите, равная в среднем 29,765 км/сек, колеблется от 30,27 км/сек (в перигелии) до 29,27 км/сек (в афелии). Планета Земля в Большой советской энциклопедии, совершая полный оборот за 365,2564 средних солнечных суток (один звёздный год). С Земли перемещение Солнца относительно звёзд составляет около 1° в день в восточном направлении. Скорость движения Земли по орбите непостоянна: в июле она начинает ускоряться (после прохождения афелия), а в январе -- снова начинает замедляться (после прохождения перигелия). Солнце и вся солнечная система вращается вокруг центра галактики Млечного Пути по почти круговой орбите со скоростью около 220 км/c. В свою очередь солнечная система в составе галактики Млечного пути движется со скоростью примерно 20 км/с по направлению к точке, находящейся на границе созвездий Лиры и Геркулеса, ускоряясь по мере расширения Вселенной. Увлекаемая движением Солнца, Земля описывает в пространстве винтовую линию. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#cite_ref-48

Из-за наклона оси Земли, высота Солнца над горизонтом в течение года изменяется. Эти изменения климата (обусловленные наклоном земной оси) приводят к смене времён года. Четыре сезона определяются солнцестояниями -- моменты, когда земная ось максимально наклонена по направлению к Солнцу либо от Солнца -- и равноденствиями. Зимнее солнцестояние происходит примерно 21 декабря, летнее -- примерно 21 июня, весеннее равноденствие -- приблизительно 20 марта, а осеннее -- 23 сентября. Наклон земной оси в южном полушарии противоположен наклону в северном. Таким образом, когда в северном полушарии лето, то в южном -- зима, и наоборот (хотя месяцы называются одинаково, т.е., например, февраль в северном полушарии это последний месяц зимы и самый холодный месяц; в южном же - последний месяц лета, он же - самый теплый).http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#.D0.9E.D1.80.D0.B1.D0.B8.D1.82.D0.B0_.D0.B8_.D0.B2.D1.80.D0.B0.D1.89.D0.B5.D0.BD.D0.B8.D0.B5_.D0.97.D0.B5.D0.BC.D0.BB.D0.B8

5. Будущее.

Рисунок 7 Цикл Жизни Солнца

Будущее планеты тесно связано с будущим Солнца. В результате накопления в ядре Солнца гелиевого «шлака», светимость звезды начнёт медленно возрастать. Яркость солнца возрастёт на 10 % в течение следующих 1,1 млрд лет и ещё на 40 % в течение следующих 3,5 млрд лет. Согласно некоторым климатическим моделям, увеличение количества солнечного излучения, падающего на поверхность Земли, приведёт к чудовищным последствиям, включая полное испарение всех океанов.

Повышение температуры поверхности Земли ускорит неорганическую циркуляцию CO2, уменьшив его концентрацию до смертельного для растений уровня за 900 млн лет. Но даже если бы солнце было вечно и неизменно, то продолжающееся внутреннее охлаждение Земли могло бы привести к потере большей части атмосферы и океанов. Ещё через миллиард лет вода с поверхности планеты исчезнет полностью.

Через 5 млрд лет Солнце превратится в красного гиганта. Модель показывает, что Солнце увеличится в диаметре на величину, равную примерно 99% нынешней дистанции до орбиты Земли (1 а. е.). Однако к тому времени орбита Земли может увеличиться до 1,7 а. е., поскольку ослабнет притяжение Солнца из-за уменьшения массы. И хотя Земля сможет избежать поглощения внешними оболочками Солнца, большая часть живых организмов (если не все) исчезнет в результате катастрофической близости к звезде.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B5%D0%BC%D0%BB%D1%8F#.D0.91.D1.83.D0.B4.D1.83.D1.89.D0.B5.D0.B5

Заключение

Каких бы высот не достигла наука и техника будущих веков, многие фундаментальные открытия останутся заслугой века ХХ. Только один раз можно открыть мир галактик, обнаружить расширение Вселенной, оставшееся нам в наследство от прошлых времён, когда в природе ещё не было звёзд, узнать примерный возраст Солнца, Земли и других звёзд, узнать массу и размер нашей планеты, убедиться в перемещении континентов, обнаружить высочайшие вершины и глубочайшие впадины... И всё это было сделано за последние десятилетия.

В настоящее время живёт фактически первое поколение людей, которое знает, какова история планеты, как она эволюционируют и какой возраст может иметь. Это не означает, что будущим поколениям осталось только уточнять детали. Нет, чем больше мы знаем, тем чаще соприкасаемся с Неизвестным, так что число проблем, требующих решения, не уменьшается. Например, до сих пор почти ничего неизвестно о материи, которая не излучает или почти не излучает никаких электромагнитных волн и потому не воспринимается современными приборами, хотя её, по некоторым данным, должно быть во Вселенной даже больше, чем «видимой» материи. Мы так и не можем точно утверждать, как именно произошли Вселенная, Солнечная система и Земля, плохо представляем себе природу многих наблюдаемых явлений.

Наверное, стоит упомянуть ещё одну проблему, которая волнует многих. При каких условиях на планетах возможно зарождение жизни, как часто это происходит и как окружающий космос влияет на развитие живых организмов? Быть может, уже грядущий век даст ответы и на эти вопросы.

Перспективы развития этих вопросов связаны со строительством новых гигантских обсерваторий и научных исследовательских центров, часть из которых расположится на Земле, другие -- в космосе.

Исследование глубинного строения Земли относится к наиболее крупным и актуальным направлениям геологических наук. Новая стратификация мантии Земли позволяет значительно менее схематично, чем прежде, подойти к сложной проблеме глубинной геодинамики. Различие в сейсмических характеристиках земных оболочек (геосфер) создает возможности для моделирования геодинамических процессов в каждой из них в отдельности.

От дальнейшего развития сейсмотомографии, как и некоторых других геофизических исследований, а также изучения минерального и химического состава глубин будут зависеть существенно более обоснованные построения в отношении состава, структуры, геодинамики и эволюции Земли в целом.

Астрономия -- это такое поле приложения человеческих сил и интересов, которое может увлечь любого: и мечтателя, и деятеля, и физика, и лирика. Вот она - прямо под вами -- прекрасная Земля, наша мать и наша колыбель, преисполненная несказанной красоты и высокой тайны. Она открыта всем и вознаграждает верных, наполняя их жизнь светом и смыслом.

Литература

1. Наука и жизнь. № 8, 2004.

2. Поиски жизни в Солнечной системе, Пер. с англ. М., Мир, 2003.

3. Рингвуд А.Е. Состав и происхождение Земли. М., “Наука”, 1981, 112с.

4. Пущаровский Д.Ю. Глубинные минералы Земли // Природа. 2000. N 11. С. 119-120.

5. Пущаровский Ю.М. Сейсмотомография и структура мантии: Тектонический ракурс // Доклады АН. 2006. Т. 351, N 6. С. 805-809.

6. Войткевич Г.В. Основы теории происхождения Земли. М., “Недра”, 1999, 135с.

7. материалы сайта http://galspace.spb.ru/index.php

8. материалы сайта http:// wikipedia.ru