1.3.Земля во Вселенной. Происхождение Земли.

Вселенная состоит из грандиозного (многие тысячи) количества галактик – не менее грандиозных скоплений звёзд. Например, наша галактика – галактика Млечного Пути – состоит примерно из 100 миллиардов звёзд. Её дисковидное пространство имеет диаметр около 80 000 световых лет и высоту порядка 10 000 световых лет. Центральная часть галактик отличается повышенной концентрацией и, следовательно, высокой плотностью. Там происходят «взрывы», сопровождающиеся рождением новых звёзд. Галактика вращается с периодом обращения порядка 200 – 240 млн. лет. Соседние галактики располагаются в сотнях тысяч световых лет, а наиболее удалённые из наблюдаемых – на расстоянии 2 млрд. световых лет. Известны скопления из нескольких тысяч галактик. Зафиксировано явление «разбегания» галактик от центра Вселенной. По пройденному их пути и скорости «разбегания» рассчитали момент времени гипотетического начала этого процесса (13 млрд. лет), который можно считать началом «нашего» периода пульсационной («разбегание» - «сжатие» - «взрыв» - «разбегание» и т.д.).

В космическом пространстве находятся:

• звёзды,

• планеты,

• межзвёздная материя (космическая пыль, метеориты, плазма).

Вокруг нашей звезды – Солнца – последовательно располагется 9 планет:

Меркурий – Венера – Земля – Марс – Юпитер – Сатурн – Уран – Нептун – Плутон.

Основные гипотезы происхождения Солнечной системы и Земли:

1. гипотеза немецкого философа Канта и французского математика Лапласа, согласно которой Солнце и планеты Солнечной системы образовались в ходе одного процесса, заключавшегося в сгущении вещества газово-пылевой туманности, его уплотнении в центральной части вследствие вращения в виде Солнца с последующей концентрацией вещества и в периферийных частях в виде планет.

2. гипотеза советского учёного – энциклопедиста О.Ю. Шмидта, который в ХХ в. предположил гравитационный захват Солнцем межзвёздной материи, вовлечение его во вращение с последующим уплотнением и формированием планет.

Звёзды, вероятно, эволюционируют: туманность – звезда + планеты- взрыв звезды – туманность.

Раздел 2. Земля как физическое тело. Внутренние оболочки Земли. Геохимические особенности Земли

Форма Земли не совпадает с известными геометрическими фигурами. Эта фигура описывается по некоторой усредняющей поверхности и носит название «геоид». Последний близок к эллипсоиду вращения с полуосями

R экват. = 6 378 км и R полярн. = 6357 км (разница в 21км).

Площадь суши составляет 29,2% поверхности планеты, а вода 70,8%. Средняя высота континентов 800м над уровнем моря, а средняя глубина океанов 4,8км.

Объём Земли - около 1000 000 000 000 (триллион) куб. км.

Пользуясь законом всемирного тяготения рассчитали массу Земли (6 х 10²¹т) и, следовательно, средняя плотность вещества планеты составляет 5,52 г/куб. см, хотя плотность вещества земной коры лишь 2, 8 г/куб. см.

Земля вращается вокруг Солнца с периодом в 1 год и вокруг своей оси вращения с периодом в 24 ч. Место пересечения оси вращения с поверхностью Земли называют её географическими полюсами. Геометрическое место точек на поверхности Земли, равноудалённых от полюсов называется экватором.

Величина силы тяжести на поверхности Земли: F= j mхm_з/R_з² зависит:

• от широты места из-за компенсирующего действия центробежной силы (и поэтому уменьшается у экватора),

• от широты места из-за увеличения R_з (и поэтому также уменьшается у экватора),

• от высоту над уровнем моря из-за увеличения R_з (и поэтому уменьшается в горах).

Аномалии силы тяжести – гравитационные аномалии – характерны для участков с менее или более плотными горными породами, например, содержащими тяжелые минералы или, напротив, залежи с относительно лёгкими углесодородами – нефтью или газом, что используется в поисковых целях.

Магнитное поле Земли имеет свои полюса, не совпадающие с географическими. Угол между направлениями на магнитный и соответствующий географический полюс называется магнитным склонением. Напряжённость магнитного поля максимальна у полюсов и минимальна на магнитном экваторе. Аномалии магнитного поля наблюдаются над породами, содержащими магнитные минералы, особенно – магнетит, что используется при поисках месторождений железа, алмазосодержащих пород – кимберлитов и т.д.

Гравитационные процессы и природная радиоактивность в недрах Земли вызывают разогрев пород на глубине. В верхней части вещество планеты на 1км глубины оказывается прогретым в среднем на 30^о (термоградиент равен 30^о). То есть на глубине 10 км – 300^оС, 100 км – 3000^оС. Однако в центре Земли температура равна 4000^оС. Термоградиент вразных регионах колеблется от 5 до 2000^оС: он меньше в стабильных зонах (на щитах) и больше в горных и вулканических зонах (на Украинском щите – 8^о, в Карпатах – 36^о, на Камчатке – 150 – 200^оС).

При изучении строения Земли выделяют ее внешние (атмосфера, гидросфера, биосфера) и внутренние (земная кора, мантия, внешнее и внутреннее ядро) оболочки. Земную кору и непосредственно к ней примыкающую часть верхней мантии объединяют в так называемую литосферу - "каменную оболочку". Выделяют также континентальную и океаническую коры, отличающиеся составом пород и толщиной. Внутреннее строение Земли изучают, исследуя прохождение и отражение искусственных или природных сейсмических (ударных) в недрах. На границах мантии, внешнего и внутреннего ядра, которые отличаются физическими свойствами и составом вещества, происходит скачкообразное изменение скоростей сейсмических волн.

Граница раздела коры и верхней мантии – граница Мохоровичича. Под ней находится, вероятно – жидкая зона – астеносфера. Вещество мантии похоже на каменные метеориты, а вещество ядра – на железные, причём вещество внешнего ядра – жидкое, а внутреннего – твёрдое вследствие чудовищного давления.

Переходя к общему обзору глобальных геологических структур, необходимо отметить, что наиболее крупными частями земной коры являются подвижные литосферные плиты, несущие на себе континенты и океаны и отделенные друг от друга рифтами - мощными и протяженными зонами глубинных разломов, уходящих в астеносферу. Границы плит являются зонами максимальной тектонической, сейсмической и вулканической активности. Литосферные плиты, двигаясь по астеносфере, расходятся в осевых зонах срединно-океанических хребтов (здесь происходит разрастание коры за счет поступления из мантии магмы) и сходятся по периферии океанов (здесь одна плита пододвигается под другую). Причиной перемещения литосферных плит считают тепловую конвекцию в мантии. В пределах литосферных плит выделяются геосинклинально-складчатые области, имеющие сложное геологическое строение, и платформы, нижняя часть которых представляет собой складчатый геосинклинальный фундамент, на котором относительно спокойно залегают породы (преимущественно осадочные) платформенного чехла.

В составе земной коры наиболее распространены химические элементы (вес. %):

1. кислород – 46, 6

2. кремний – 27,7

3. алюминий – 8,1

4. железо – 5,0

5. кальций - 3,6

6. натрий – 2,8

7. калий – 2,6

8. магний - 2,1 (в сумме – 98,5%),

входящие в состав различных породообразующих минералов, в основном силикатов и алюмосиликатов. Средние содержания элементов, рассчитанные геохимическими приёмами, именуют кларками химических элементов.

Атмосфера Земли состоит в основном из азота, кислорода и относительно небольшого количества СО₂. На других планетах её гораздо больше – на Земле она благодаря фотосинтезу в растениях и связыванию в карбонатах океанских осадков. Вероятно, атмосфера – реликт первичной газово – пылевой туманности.