 | ЗЕМЛЯ. |
|
Земля кажется нам такой огромной, такой надёжной и так много значит для нас, что мы не замечаем её второстепенного положения в семье планет. Слабое единственное утешение состоит в том, что Земля - наибольшая из планет земной группы. К тому же она обладает атмосферой средней мощности, значительная часть земной поверхности покрыта тонким неоднородным слоем воды. А вокруг неё вращается величественный спутник, диаметр которого равен четверти земного диаметра. Однако этих аргументов вряд ли достаточно для того, чтобы поддерживать наше космическое самомнение. Крошечная по астрономическим масштабам, Земля - это наша родная планета, и поэтому она заслуживает самого тщательного изучения. После кропотливой и упорной работы десятков поколений учёных было неопровержимо доказано, что Земля вовсе не "центр мироздания", а самая обыкновенная планета, т.е. холодный шар, движущийся вокруг Солнца.
В соответствии с законами Кеплера Земля обращается вокруг Солнца с переменной скоростью по слегка вытянутому эллипсу. Ближе всего к солнцу она подходит в начале января, когда в Северном полушарии царит зима, дальше всего отходит в начале июля, когда у нас лето. Разница в удалении Земли от Солнца между январём и июлем составляет около 5 млн. км. Поэтому зима в северном полушарии чуть-чуть теплее, чем в Южном, а лето, наоборот, чуть-чуть прохладнее. Это явственнее всего даёт себя знать в Арктике и в Антарктиде.
Эллиптичность орбиты Земли оказывает на характер времён года лишь косвенное и очень незначительное влияние. Причина смены времён года кроется в наклоне земной оси. Ось вращения Земли расположена под углом в 66° к плоскости её движения вокруг Солнца. Для большинства практических задач можно принимать, что ось вращения Земли перемещается в пространстве всегда параллельно самой себе. На самом же деле ось вращения Земли, или, что то же самое, ось мира, поскольку они параллельны, описывает на небесной сфере малый круг, совершая один полный оборот за 26 тыс. лет.
В ближайшие сотни лет северный полюс мира будет находиться недалеко от Полярной звезды, затем начнёт удаляться от неё, и название последней звезды в ручке ковша Малой Медведицы - Полярная - утратит свой смысл. Через 12 тыс. лет полюс мира приблизится к самой яркой звезде северного неба - Веге из созвездия Лиры.
Описанное явление носит название прецессии оси вращения Земли. Обнаружил явление прецессии уже Гиппарх, который сравнил положения звёзд в своём каталоге с составленным задолго до него звёздным каталогом Аристилла и Тимохариса. Сравнение каталогов и указало Гиппарху на медленное перемещение оси мира.
Различают три наружных оболочки Земли: литосферу, гидросферу и атмосферу. Под литосферой понимают верхний твердый покров планеты, который служит ложем океана, а на материках совпадает с сушей. Верхняя твердая оболочка Земли - литосфера - представляет собой твердый слой толщиной около 100 км и включает земную кору (океаническую и континентальную) и верхнюю часть мантии (слой, находящийся непосредственно под земной корой). Граница раздела между земной корой и мантией известна как поверхность Мохоровичича.
Океаническая кора сильно отличается от континентальной. Она намного тоньше и сформировалась практически полностью за последние 200 млн. лет - очень малый срок в истории Земли, насчитывающей 4 600 млн. лет. В отличие от нее, континентальная кора гораздо толще, а ее возраст в отдельных местах достигает 3 000 млн. лет.
Два элемента, кислород и кремний, составляют 74% массы земной коры. Алюминий, железо, кальций, натрий, калий и магний - еще 24,27%. Все вместе они формируют почти 99% земной коры.
Самые распространенные минералы - это силикаты, химическое соединение кислорода и кремния, часто с примесью одного или более из остальных шести элементов. Преобладают такие силикаты, как кварц, слюда и полевые шпаты. Все три в разных пропорциях являются основными компонентами разных типов гранита. Кварц, эродированный из гранита, накапливается на побережье и образует песчаные пляжи.
Гидросфера - это подземные воды, воды рек, озер, морей и, наконец, Мирового океана. Вода покрывает 71% всей поверхности Земли. Средняя глубина Мирового океана 3900 м.
Атмосфера состоит из смеси 10 различных газов, преимущественно азота (около 78%) и кислорода (21%). Оставшийся один процент приходится в основном на аргон плюс небольшие количества углекислого газа, гелия и неона. Данные газы являются инертными (они не вступают в химические реакции с другими веществами). Крошечную долю атмосферы составляют также двуокись серы, аммиак, угарный газ, озон (родственный кислороду газ) и водяные пары. И, наконец, в атмосфере содержатся загрязняющие вещества, такие как газообразные загрязнения, частицы дыма, соль, пыль и вулканический пепел.
Эта смесь газов и мельчайших твердых частиц состоит из четырех основных слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы и термосферы. Первый слой - тропосфера - является самым тонким, заканчиваясь на высоте около 12 км над землей. Но даже этот потолок непреодолим для самолетов, которые летают, как правило, на высоте 9-11 км. Это самый теплый слой, поскольку солнечные лучи отражаются от земной поверхности и нагревают воздух. По мере удаления от земли температура воздуха падает до -55°С в верхней части тропосферы.
Далее идет стратосфера, которая простирается до высоты около 50 км над поверхностью. В верхней части тропосферы находится озоновый слой. Здесь температура выше, чем в тропосфере, так как озон задерживает значительную часть губительного ультрафиолетового излучения. Однако экологи обеспокоены тем, что загрязняющие вещества разрушают этот слой.
Над стратосферой (50-70 км) находится мезосфера. В пределах мезосферы, при температуре около -225°С, имеется мезопауза - самая холодная область атмосферы. Здесь так холодно, что образуются облака изо льда, которые можно наблюдать поздно вечером, когда заходящее солнце подсвечивает их снизу.
Метеоры, летящие к Земле, обычно сгорают в мезосфере. Несмотря на то, что воздух здесь очень разрежен, трение, возникающее при столкновении метеора с молекулами кислорода, создает сверхвысокую температуру.
Последний основной слой атмосферы, отделяющий Землю от космоса, называется термосферой. Он находится на высоте примерно 100 км от земной поверхности и состоит из ионосферы и магнитосферы.
В ионосфере солнечная радиация вызывает ионизацию. Именно здесь частицы получают электрический заряд. Когда они проносятся через атмосферу, можно наблюдать находящееся на большой высоте полярное сияние. Кроме того, ионосфера отражает радиоволны, обеспечивая возможность дальней радиосвязи.
Выше расположена магнитосфера, которая представляет собой наружный край магнитного поля Земли. Она действует как гигантский магнит и защищает Землю, улавливая частицы большой энергии.
Термосфера имеет наименьшую плотность среди всех слоев, атмосфера постепенно исчезает и сливается с космическим пространством.
Системы формирования погоды всего мира находятся в тропосфере. Они возникают в результате совместного воздействия на атмосферу солнечной радиации и вращения Земли. Движение воздуха, известное как ветер, происходит, когда теплые воздушные массы поднимаются вверх, вытесняемые холодными. Воздух больше всего прогревается на экваторе, где солнце находится в зените, и становится холоднее по мере приближения к полюсам.
Часть атмосферы, наполненная жизнью, называется биосферой. Она простирается от высоты птичьего полета до поверхности и в глубь земли и океана. В границах биосферы происходит тонкий процесс обеспечения баланса между растительной и животной жизнью.
Животные потребляют кислород и выдыхают углекислый газ, который "впитывают" зеленые растения в результате фотосинтеза, используя энергию солнечного света для выделения кислорода в воздух. Так обеспечивается замкнутый цикл, от которого зависит выживание всех животных и растений.
Движутся ли материки?
Альфред Вегенер, начинающий немецкий геофизик, подметил сходство в очертаниях земных материков по обе стороны Атлантики. Убедиться в этом не составляет труда каждому: достаточно взглянуть на глобус. Если мысленно пододвинуть Северную и Южную Америки к берегам Европы и Африки, то они сольются воедино точно так же, как в руках археологов складываются в одно целое черепки разбитой греческой амфоры. А что если, вообразил Вегенер, некогда на Земле в действительности существовал один -единственный материк? Потом он был расколот на куски, и осколки дрейфовали, отодвигаясь, друг от друга до тех пор, пока заняли современное взаимное расположение.
В этом случае Атлантический океан представляет собой не то, что иное, как рану на теле Земли: след гигантского разлома, по одну сторону от которого "отплывают" Северная и Южная Америки, по другую - Евразия и Африка.
Догадка Вегенера была высказана в начале нашего века. Большинство учёных приняло её в штыки. Главное возражение состояло в том, что науке не известны силы, которые могли бы приводить в движение по поверхности планеты, словно льдины на озёрной глади, такие громадные образования, как материки. Над сходством береговых линий посмеялись как над курьёзом.
Сегодня гипотеза Вегенера о дрейфе материков обрела новую жизнь, причём многие черты её заметно преобразились. Из глубин Земли к поверхности планеты, считают геофизики, поднимается поток вещества, который образует длинное центральное поднятие - Срединно-Атлантический хребет и далее растекается от него в обе стороны. Растекающиеся по обе стороны от Срединно-Атлантического хребта глубинное вещество Земли обусловливает удаление друг от друга, с одной стороны хребта Северной и Южной Америк, с другой - Евразии и Африки. Процесс этот медленный, он длится сотни миллионов лет. Те побережья материков, которые "плывут" первыми, как носовая часть корабля, сминаются в складки. В результате на материках вдоль этих побережий образуются протяжённые горные хребты: Скалистые горы и Кордильеры в Америке, Драконовы горы в Африке.
Сверхглубокая скважина на Кольском полуострове - дерзкий вызов природе, фантастический рекорд, уникальное достижение науки и техники. Но много ли это или мало по сравнению с размерами Земли? Уподобим для сравнения тело Земли телу человека. Это значит, что глубочайшая скважина Земли как средство зондажа строения её недр, будучи соответственно отнесена к размерам тела человека, гораздо меньше глубины укуса комара.
