1.2. Загальні відомості про Землю.
1.2.1. Походження Землі.
Сонячна система складається із Сонця, 9 великих планет і десятків тисяч малих планет, комет і метеоритів.
Питання про походження Землі - одне з найважливіших в природознавстві. Першою гіпотезою про походження планет була гіпотеза Канта-Лапласа, згідно з якою Сонячна система утворилася з величезної розжареної газоподібної туманності, що оберталася навколо своєї вісі. Земля спочатку була в рідкому стані, потім затверділа.
Подальший розвиток науки показав непереконливість цієї гіпотези. В 40-х роках XX століття російський вчений О. Ю. Шмідт (1891-1956) запропонував нову гіпотезу походження планет Сонячної системи. Він вважав, що Сонце на своєму шляху зустріло і захопило одне з пилових скупчень Галактики, а отже, планети утворилися не із розжарених газів, а з холодних твердих часток, які оберталися навколо Сонця. В цьому скупченні виникли ущільнені згустки матерії, що поклали початок планетам. За ствердженням О. Ю. Шмідта Земля спочатку була холодною. Надра її почали поступово розігріватися лише тоді, коли вона досягла значних розмірів. Це відбувалося за рахунок виділення тепла внаслідок розпаду радіоактивних речовин, що містяться в ній, хімічних реакцій, тертя при тектонічних рухах і т. ін. Надра Землі набули пластичного стану, щільніші речовини зосередились ближче до центру планети, легші - на поверхні. Відбулося розшарування Землі на окремі оболонки; воно продовжується до цього часу і є головною причиною тектонічних рухів.
Заслуговує уваги також гіпотеза В. Г. Фесенкова, який вважав, що в надрах зірок відбуваються ядерні процеси. В один із періодів це призвело до швидкого стиснення і збільшення швидкості обертання Сонця, внаслідок чого утворився довгий протуберанець (виступ), який відірвався від Сонця і розпався на окремі планети.
1.2.2. Форма і будова Землі. Геосфери Землі.
За формою Земля схожа на кулю, сплющену біля полюсів. Таку форму називають сфероїдом, але, оскільки поверхня Землі ускладнена глибокими океанічними западинами і високими гірськими системами на материках, цю дійсну, притаманну тільки Землі форму, називають геоїдом. Довжина земного меридіану складає 40008,548 км, довжина екватору - 40075,7 км. Відстань від полюсу до центра Землі - 6356км, від екватору – 6378км, середній радіус кулі, рівновеликої Землі, дорівнює 6371,11 км. Різниця між екваторіальним і полярним радіусом складає 21,5 км. Загальна площа поверхні Землі - 510 млн. км2, із них площа суходолу - 149 млн. км2 (28,8%), площа води - 361 млн. км2 (71,2%). Об’єм Землі – 1,083х1012км3. Вік Землі за даними радіологічних методів складає 4,5 млрд. років.
Знання внутрішньої будови Землі має велике наукове і практичне значення, грунтуючись на вивченні землетрусів, визначенні маси і щільності Землі вважають, що наша планета має концентричну будову і складається із ядра, мантії і літосфери (див. рис. 1). На поверхні Землі знаходиться водяна оболонка (гідросфера), сфера життєдіяльності організмів (біосфера) і газова оболонка (атмосфера). Щільність внутрішніх геосфер зростає у напрямку до ядра.
Рис. 1. Схема будови Землі.
Ядро Землі займає біля 17% її об’єму і 34% її маси. Вважається, що ядро Землі виповнене залізом та нікелем. Воно має зовнішню і внутрішню сфери. Зовнішнє ядро не пропускає поперечні сейсмічні хвилі, тобто поводиться як рідина. В умовах високих температур і тиску це, звичайно, не рідина, але речовина має властивості рідини. Радіус ядра складає близько 3470 км, щільність досяга 9- 11 гр/см3. Внутрішнє ядро знаходиться в переущільненому, металізованому стані, що зумовлює магнітне поле навколо Землі. Температура досягає 2000…2500°С, тиск - до 3,5 млн. ат.
Мантія – найбільший елемент Землі, займає 83% її об’єму і біля 63% її маси. Верхня мантія розміщується в межах від 80 до 400 км, перехідна зона – 400…900 км, нижня мантія - 900…2900 км, середня щільність мантії 5,3…6,5 гр/см3. Особливу цікавість викликає склад мантії, оскільки земна кора з усіма корисними копалинами утворилася із речовини мантії. Виповнена вона переважно з кремнію, заліза, магнію, нікелю. Верхня мантія характеризується наявністю в ній астеносфери („геосфера” без міцності) – інтервалу з розм’якшеним, пластичним станом речовини. У верхній мантії містяться осередки розплавленої магми, зароджуються сейсмічні та вулканічні явища, відбуваються процеси гороутворення.
Літосфера (земна кора) - це зовнішня частина Землі поширюється до глибини 50…80 км. Найбільш вивчена її верхня частина (бурові свердловини досягли глибини 8…12 км). У межах материків літосфера товща, в межах океанів - тонша. Складається вона з різноманітних гірських порід і мінералів зі щільністю 2,7…2,8 г/см3. Хімічний склад до глибини 16 км такий: кисень - 46,8%; кремній-27,3%; алюміній-8,7%, залізо-5,1%, кальцій-3,6%, натрій-2,6%, калій -2,6%, магній-2,1%, інші елементи – 1,2%. За складом і потужністю виділяють три типи земної кори.
1. Континентальна кора має потужність до 80 км. Це магматичні, метаморфічні та осадові породи, що утворюють три шари. Верхній, осадовий, має невелику щільність, потужність його не перевищує 10…15 км. Підстиляє його гранітний шар потужністю 10…50 км; це магматичні та метаморфічні породи, переважно кислі за складом. В нижній частині кори залягає базальтовий шар потужністю до 30…40 км, містить магматичні породи переважно основного складу. Особливістю континентальної кори є наявність коренів гір - різкого збільшення потужності під гірськими системами до 100…120 км.
2. Океанічна кора значно тонша, її потужність зменшується до 5…10 км. Вона також складається із трьох шарів: пухкого осадового потужністю до кількасот метрів, потужнішого середнього шару із ущільнених осадів та продуктів підводних вулканічних вивержень та нижнього - базальтового, потужністю до 4…10 км.
3. Кора перехідних зон знаходиться на периферії великих континентів, де є моря і архіпелаги островів. Тут відбувається зміна континентальної кори на океанічну. За будовою, потужністю та щільністю порід ця кора займає проміжне положення між континентальною та океанічною.
Між атмосферою, гідросферою, біосферою і літосферою існує постійна взаємодія, що в значній мірі відзначається на будові, складі і властивостях гірських порід.
Гідросфера – зовнішня водяна оболонка Землі (океани, моря, ріки, озера, льодовики); вона вкриває 71,2% земної поверхні. На дні океанів виділяють три зони: континентальний шельф, материковий схил та океанічне ложе (див. рис. 2). Середня потужність світового океану біля 3,8 км, найглибша океанічна западина – 11022м (Маріанська в Тихому океані). Об’єм води у світовому океані сягає 1370 млн. км3.
Рис. 2. Зони відкладення морських осадів та їх співвідношення із зонами рельєфу дна Світового океану
Температура води змінюється в залежності від широти місцевості та глибини океану (до 150 м). Найвища температура верхнього шару води в Перській затоці +35,6°С, найнижча - у Північному Льодовитому окані -2,8°С. Середній вміст солей 3,5 г/л; це хлориди, сульфати, карбонати, йод, фтор, фосфор, рубідій, цезій, золото та ін. елементи. Значний вміст у воді органічних форм (бентос, планктон, нектон).
Біосфера або сфера життєдіяльності організмів пов'язана з поверхнею Землі і невіддільна від інших геосфер. Вона охоплює нижню частину атмосфери, гідросферу, верхню частину літосфери. Мікроорганізми існують в земній корі до глибини сотень метрів. Організми і рослини суттєво впливають на гірські породи: руйнують їх, створюють нові.
Атмосфера – зовнішня повітряна оболонка, виповнена із суміші газів і оточує Землю шаром в 3000 км. Вона складається з трьох шарів: тропосфери, стратосфери та іоносфери
Тропосфера має товщину від 6 км біля полюсів до 15…18 км біля екватору. В тропосфері міститься майже 80% всієї маси газів атмосфери: це азот (78.0%), кисень (21,0%) аргон (0,93%), вуглекислий газ (0,031%) та інші гази, а також майже вся водяна пара. Температура на висоті 10…12 км складає -50°С. В тропосфері утворюються хмари зосереджуються теплові рухи повітря, відбувається кругообіг води.
Стратосфера розповсюджується до висоти 80…90 км. Присутність озонового шару на висоті 25 км обумовлює підвищення температури до +25°С, але на висоті 80…90 км вона знову знижується до -60...-90°С.
Іоносфера - це верхня частина атмосфери, яка на висоті 3000 км переходить у міжпланетний простір. Іоносфера має невелику щільність та високу іонізацію газів. На висоті 220 км фіксується підвищення температури до кількасот градусів.