§ 62 Земля и её строение

Всевышний граду Константина

Землетрясенье посылал,

И геллеспонтская пучина,

И берег с грудой гор и скал

Дрожали, и царей палаты,

И храм, и цирк, и гипподром,

И стен градских верхи зубчаты,

И всё поморие кругом.

Н. Языков

Солнечная система включает в себя Солнце и естественные космические тела, вращающиеся вокруг него и связанные с ним силой гравитационного притяжения. Солнечная система состоит из больших планет, карликовых планет и астероидов, вращающихся вокруг Солнца по орбитам, имеющим форму эллипса. Кроме того, в неё входят спутники, вращающиеся около планет и некоторых астероидов. Земля относится к большим планетам и среди них находится на третьем по счёту расстоянии от Солнца. Ввиду особой важности Земли для существования человечества, мы рассмотрим её первой.

Земной шар не является идеальным шаром, а представляет собой круглое тело, сплюснутое с полюсов. Такая форма именно в честь нашей планеты получила название геоид (от греческого названия Земли – Гея)[16]. Она возникла в результате действия центробежной силы при вращении Земли. В результате диаметр нашей планеты, проходящий через экватор, больше расстояния между полюсами на 43 км. Средний диаметр Земли около 12 740 км, а её масса – 5 •10²⁴ кг.

Литосфера.

Земля состоит из твёрдой коры, мантии и металлического ядра (рис. 171). Земная кора – это верхняя часть твёрдой оболочки Земли. Толщина её колеблется от 6 км под океаном до 50–60 км на континентах. Основные вещества, образующие кору, – это оксиды кремния и в меньшей степени алюминия, кальция, магния, железа, натрия и калия. Поэтому самым распространённым химическим элементом в коре является кислород. Под корой находится верхняя плотная часть мантии. Вместе они образуют твёрдую внешнюю оболочку Земли, которую называют литосферой.

Рис. 171. Схема строения Земли

Литосфера состоит из нескольких тектонических плит, которые плавают по вязкой нижней части мантии со скоростью нескольких сантиметров в год. Из-за этого движения число и форма материков со временем меняются. Считают, что 750 млн лет назад на Земле существовал единый материк, который затем раскололся, образовав современную карту Земли.

Мантия находится на глубине от 35 до 3 тыс. км от поверхности Земли и составляет почти 70 % массы планеты. Основными химическими элементами мантии являются кислород, кремний и магний.

Глубже мантии находится ядро. Его внешняя часть является жидкой, а внутренняя – твёрдой. Состав ядра точно не определён, но известно, что оно состоит преимущественно из металлов, среди которых первое место занимает железо. Вероятно, в ядре происходит радиоактивный распад некоторых элементов, в результате которого образуется внутреннее тепло нашей планеты. Предполагают, что в центре Земли температура поднимается до 3000–5000 °C, а давление достигает нескольких миллионов атмосфер. Часть этого тепла поднимается к земной коре.

При высоких температурах породы, формирующие кору или верхнюю часть мантии, могут плавиться, образуя огненно-жидкий расплав. Он состоит в основном из соединений кремния и носит название магмы. Магма, изливающаяся на поверхность Земли, образует лаву.

Места, где магма извергается на поверхность Земли, называют вулканами (рис. 172). Это название произошло от имени римского бога Вулкана (греческий аналог – Гефест), имевшего под землёй металлоплавильные и кузнечные мастерские. Вместе с лавой вулканы выбрасывают вулканические газы и куски лавы. Такие выбросы могут происходить с различной периодичностью в зависимости от активности данного вулкана и называются вулканическими извержениями. Извержение вулкана может привести к серьёзным стихийным бедствиям.

Рис. 172. Вулкан: А – схема строения; Б – извержение;

1 – магма, 2 – континентальная кора, 3 – конус вулкана, 4 – океан, 5 – океаническая кора

Иногда под потоками лавы исчезают огромные территории и гибнут многие города. Одним из самых известных по своим трагическим последствиям было извержение вулкана Везувия в Южной Италии в 79 г. н. э., которое длилось около суток и привело к гибели трёх городов: Помпей, Геркуланума и Стабии, а также многих селений и вилл. Сила извержения была такова, что пепел от него долетел до Египта и Сирии. В 2010 г. исландский вулкан Эйяфьятлайокудль, внезапно проснувшись, выбросил столько пепла, что тот разлетелся по всей Европе и вызвал отмену более 60 тыс. авиарейсов.

До сих пор неясным остаётся происхождение тепла, которое вызывает плавление твёрдых пород и образование магмы. Некоторые исследователи полагают, что оно является результатом радиоактивных процессов, но большинство полагают, что нагревание происходит в результате трения при движении литосферных плит.

Землетрясения.

Подвижность тектонических плит может привести к землетрясениям. Быстрый сдвиг участка земных пород вызывает колебательные движения – сейсмические волны. Участок земной поверхности, расположенный непосредственно над точкой сдвига – очагом, называют эпицентром землетрясения. От очага землетрясения волны распространяются во все стороны со скоростью до 8 км/с. Для обнаружения и регистрации сейсмических волн используют специальные приборы – сейсмографы, которые сконструированы так, что при толчке одна их часть остаётся неподвижной, а вторая сдвигается. Такой прибор может непрерывно записывать сейсмические колебания, регистрируя даже незначительные сдвиги в земной поверхности. Для измерения силы землетрясения обычно используют двенадцатибалльные шкалы, где 1–2 балла соответствуют землетрясению, которое ощущается только приборами или очень чувствительными людьми, а те, которые оцениваются 11–12 баллами, приводят к обвалам, оползням, разрушениям городов и другим катастрофическим явлениям. В течение года на Земле происходит около 10 тыс. ощущаемых людьми землетрясений. Из них около ста производят значительные разрушения.

Гидросфера и атмосфера.

Помимо твёрдой литосферы Земля имеет ещё две оболочки – жидкую гидросферу и газообразную атмосферу. Гидросфера делится на Мировой океан, занимающий 70,8 % площади нашей планеты, воды суши и водяной пар в атмосфере. Более 96 % воды на Земле находится в Мировом океане, около 2 % – в подземных водах, столько же – в составе ледников и вечных снегов, и только около 0,02 % общей воды составляют поверхностные водоёмы суши. Мировой океан – это совокупность пяти океанов (Тихого, Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого и Южного) и морей, имеющих сообщение с этими океанами. Средняя глубина Мирового океана составляет 3800 м, самое глубокое место (около 11 км) – Марианская впадина Тихого океана. Некоторые моря не отделены от океана участками суши. Таково, например, Саргассово море, расположенное возле Центральной Америки. Его границы определяются не сушей, а морскими течениями.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Её толщина, т. е. расстояние от поверхности планеты, на котором ещё можно обнаружить атмосферные газы, доходит до 2–3 тыс. км, однако для жизнедеятельности человека и других организмов наибольшее значение имеет её самый нижний слой – тропосфера, толщина которой составляет от км вблизи полюсов до 18 км в тропических районах. Воздух тропосферы на 78 % состоит из азота, на 21 % из кислорода и на 0,04 % из углекислого газа, остальная часть приходится на инертные газы. Над тропосферой на высоте до 50 км находится стратосфера, а над ней ионосфера, которая хотя и содержит атмосферные газы, строго говоря, уже не является атмосферой Земли, а представляет собой ближайшую к ней часть космического пространства. На высоте 20–40 км под действием ультрафиолетового излучения Солнца кислород ионизируется, приобретая третий атом, и превращается в озон (О₃). Образовавшийся озоновый слой поглощает опасные для живых организмов ультрафиолетовые лучи. Если бы этого слоя или, как говорят, озонового экрана не существовало, жизнь на Земле могла бы существовать только под водой.

Для нормальной жизни человека необходимо, чтобы в окружающем его воздухе находилось достаточное количество кислорода. Вместе с тем при удалении от поверхности Земли атмосферное давление падает, и воздух становится всё более разреженным. Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека проявляется кислородное голодание, сопровождающееся снижением работоспособности. На высоте 15 км кислорода в атмосфере настолько мало, что дыхание человека становится невозможным.

Проверьте свои знания

1. Каковы средний диаметр и масса Земли?

2. Из каких внутренних слоёв состоит Земля? Частью какого из них является земная кора?

3. Как называется магма, которая выходит на поверхность Земли? В каких местах она извергается?

4. Что такое эпицентр землетрясения?

5. Что такое тропосфера? Какие газы и в каком относительном количестве входят в её состав?