Состав и строение Земли

ВВЕДЕНИЕ 

     Земля́ — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

     Чаще  всего упоминается как Земля, планета Земля, мир. Единственное известное на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.

     Научные данные указывают на то, что Земля  образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого приобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Жизнь появилась на Земле около 3,5 миллиарда лет назад. С тех пор биосфера Земли значительно изменила атмосферу и прочие абиотические факторы, обусловив количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового слоя, который вместе с магнитным полем Земли ослабляет вредную солнечную радиацию, тем самым сохраняя условия для жизни на Земле. Кора Земли разделена на несколько сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много миллионов лет. Приблизительно 71 % поверхности планеты покрыт морской водой, остальную часть поверхности занимают континенты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных жизненных форм, не существует на поверхности какой-либо из известных планет и планетоидов Солнечной системы. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, относительно твёрдого слоя называемого мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и внутреннее твёрдое железное ядро.

     Земля взаимодействует с другими объектами  в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Этот отрезок времени — сидерический год, который равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один Тропический год (365,24 солнечных суток). Луна — начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли. Кометная бомбардировка во время ранней истории планеты сыграла свою роль в формировании океанов. Более поздние воздействия астероидов приводили к существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли. В частности, падения астероидов могут нести ответственность за несколько массовых вымираний различных видов живых существ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ

Рисунок 1. Приложение 1

   Земля и другие планеты солнечной системы сформировались 4,54 млрд лет назад из протопланетарного диска пыли и газа, оставшегося после формирования Солнца. Луна сформировалась позднее, вероятно, 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 кольцо обломков, со временем агрегировавшееся и давшее начало Луне.

   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» (англ. Last Universal Common Ancestor).

   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 миллионов 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.

     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 миллионов 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 ледниковый период начался примерно 40 млн лет назад, его пик приходится на плейстоцен около 3 миллионов лет назад. На фоне продолжительных и значительных изменений средней температуры земной поверхности, что может быть связано с периодом обращения Солнечной системы вокруг центра Галактики (около 200 млн лет), имеют место и меньшие по амплитуде и длительности циклы похолодания и потепления, происходящие каждые 40—100 тысяч лет, имеющие явно автоколебательный характер, возможно, вызванный действием обратных связей от реакции всей биосферы, как целого, стремящейся обеспечить стабилизацию климата Земли (см. гипотезу Геи, выдвинутую Джеймсом Лавлоком (англ. James Ephraim Lovelock), а также теорию биотической регуляции, предложенную В. Г. Горшковым)

     Последний цикл оледенения в Северном полушарии  закончился около 10 тысяч лет назад.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. СТРОЕНИЕ  ЗЕМЛИ

Рисунок 2. Приложение 1

     Планета Земля состоит из тонкой твердой  оболочки (кора толщиной 10–100 км), окруженной мощной водной гидросферой и плотной атмосферой. Недра Земли разделяются на три основных области: кору, мантию и ядро. Кора Земли представляет собою верхнюю часть твердой оболочки Земли толщиной от одного (под океанами) до нескольких десятков км. (под материками). Она состоит из осадочных слоев и хорошо известных минералов и горных пород. Более глубокие ее слои состоят из различных базальтов. Под корой находится твердый силикатный слой (предположительно из оливина), называемый мантией, толщиной 1–3 тыс. км, он окружает жидкую часть ядра, центральная часть которого диаметром около 2000 км твердая. 

2.1 ВНУТРЕННЕЕ  СТРОЕНИЕ ЗЕМЛИ 

1.  ЗЕМНАЯ  КОРА

Рисунок 3. Приложение 1

     Твердая оболочка Земли (литосфера) неодинакова по толщине в разных частях планеты. Под материками она составляет 35–70 км, а под океанами около 5 км. Предполагается, что «корни» материков уходят в глубь вязкого и частично расплавленного пограничного слоя верхней мантии (астеносферы), подобно айсбергам в океане, и поддерживаются в равновесии архимедовыми силами плавучести. Это объясняет медленное движение материков – наиболее крупномасштабное тектоническое явление, связанное с перемещением плит земной коры и являющееся результатом конвекции (перемешивания) вещества мантии. Есть множество других проявлений активности земной коры – поднятие одних участков, опускание других. Столкновения континентальных плит приводят к образованию горных цепей; при раздвигании, наоборот, образуются впадины и моря. Считается, что возраст типичных молодых гор (Альпы) составляет 30 млн. лет, а Средиземного моря – около 5 млн. лет. Земная кора снизу ограничена поверхностью Мохоровичича. Различают континентальную кору (толщина от 35–45 км под равнинами до 70 км в области гор) и океаническую (5–10 км). В строении первой имеются три слоя: верхний (осадочный), средний (условно называют гранитным), и нижний (базальтовый); в океанической коре гранитный слой отсутствует, а осадочный имеет меньшую толщину. В переходной зоне от материка к океану развивается кора промежуточного типа (субконтинентальная или субокеаническая). Земная кора подвержена постоянным тектоническим движениям. В ее строении выделяют подвижные области (складчатые пояса) и относительно спокойные – платформы. 

2. МАНТИЯ

Рисунок 4. Приложение 1

     Мантия — это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами — породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору

     Мантия  составляет 67 % всей массы Земли и около 83 % всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5 — 70 километров ниже границы с земной корой, до границы с ядром на глубине 2900 км. Мантия расположена в огромном диапазоне глубин, и с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при которых минералы приобретают всё более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика этого фазового перехода такова, что мантийное вещество ниже этой границы не может проникнуть через неё, и наоборот. Выше границы 660 километров находится верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времен формирования Земли изменился значительно меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

     Теплоперенос  в мантии происходит путём медленной  конвекции, посредством пластической деформации минералов. Скорости движения вещества при мантийной конвекции составляют порядка нескольких сантиметров в год. Эта конвекция приводит в движение литосферные плиты (см. тектоника плит). Конвекция в верхней мантии происходит раздельно. Существуют модели, которые предполагают ещё более сложную структуру конвекции. 

3. ЯДРО

Рисунок 5. Приложение 1

     Ядро́ Земли́ — центральная, наиболее глубокая часть планеты Земля, геосфера, находящаяся под мантией Земли и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2900 км. Средний радиус окружности - 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 .С, плотность около 12,5 т/м³,давление до 361 ГПа. Масса ядра — 1,932·10²⁴ кг.