2. Строение земли

Земля имеет внутреннее слоистое строение. Этими слоями являются кора, мантия и ядро. Ядро состоит из двух частей. Внешняя часть жидкая, внутренняя – твердая. Кору покрывают гидросфера ‒ водная оболочка, и атмосфера – воздушная оболочка. Вероятно, в центре Земли температура достигает 7 000 К, а давление – 3 600 атмосфер.

Рассмотрим более подробно оболочки Земли.

Земная кора – верхняя часть твердой оболочки Земли.

Ее толщина ‒ несколько десятков километров. Под материками она составляет в среднем 30 – 40 км, под мощными горными хребтами ‒ приблизительно в два раза больше, а под океанами – около 10 км.

Земная кора – сокровищница полезных ископаемых. В ней залегают каменный уголь, нефть, газ, руды черных и цветных металлов, минеральные удобрения.

Вещества, составляющие земную кору, состоят преимущественно из восьми химических элементов. Это кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий и калий. Половина всей массы земной коры приходится на кислород. В основном он содержится в виде окислов металлов.

Мантия – силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и других элементов.

Силикаты – соединения, содержащие кремний. Мантия простирается от границы с земной корой до границы с ядром, на глубине приблизительно 2 900 км. Процессы, происходящие в ней, определяют движение тектонических плит, образование магмы, вулканическую деятельность.

Мантия состоит из двух шаровых слоев. Верхний слой твердый толщиной около 900 км, нижний – жидкий, но очень вязкий, имеет толщину порядка 2 000 км.

Рис. 26. Внутреннее строение Земли¹. Земля состоит из нескольких слоев: ядра, мантии и коры. Внутреннее ядро твердое, поскольку его вещество подвержено колоссальному давлению, превышающему атмосферное приблизительно в 3 млн. раз. Его радиус составляет около 1200 км. Внешнее ядро жидкое. Его толщина ‒ приблизительно 2250 км. Мантия состоит, в основном, из пород, содержащих кремний. Ее нижняя часть расположена на таком расстоянии от горячего ядра, что находится в жидком состоянии, хотя весьма вязком. Верхняя часть мантии твердая. Толщина мантии – около 2900 км. Кора богата полезным ископаемыми. Ее толщина в среднем составляет несколько десятков километров. Под океаном она тоньше, а под материками толщина коры доходит до 70 км. Кора и твердая часть мантии составляют литосферу, которая разделена на несколько тектонических плит.

Ядро радиусом около 3 500 км состоит из жидкого внешнего ядра и внутреннего твердого. Оно представляет собой сплав железа и никеля с примесью других элементов.

Жидкое внешнее ядро является источником магнитного поля Земли, которое защищает все живые организмы от потока космических лучей. Они истекают из глубин Галактики и от Солнца. Без магнитного поля наша планета давно превратилась бы в мертвое космическое тело. Видимо, такое случилось с Марсом. Поскольку он значительно меньше Земли, то и остыл раньше, и его прежде жидкое ядро затвердело. Это повлекло за собой исчезновение магнитного поля, а вместе с ним – и жизни. Палеомагнитные исследования – исследования древнего магнитного поля – показывают, что в течение последних нескольких десятков миллионов лет магнитные полюса Земли периодически менялись местами.

Рис. 27. Изменение температуры и плотности пород с глубиной². Слева представлены две шкалы. Одна показывает глубину залегания породы, другая – ее температуру. Шкала справа показывает возрастание плотности породы с глубиной залегания.

Температура внутреннего ядра составляет тысячи градусов. Но, тем не менее, вещество этого слоя находится в твердом состоянии. Причина заключается в огромном давлении, при котором температура плавления вещества гораздо выше, чем при нормальных условиях.

Когда вещества в земной коре перемещаются, могут возникать глубокие трещины, в которых образуются пустоты. Это области пониженного давления. Уменьшение давления приводит к расплавлению твердых пород. Образуется магма – жидкая раскаленная масса. Под давлением она растекается по трещинам. В одних она застывает, в других вырывается наружу. Так происходит извержение вулканов. Вулкан – естественная домна, в которой плавится множество ценнейших металлов и минералов.

Гидросфера Земли ‒ совокупность водных объектов земного шара: океанов, морей, рек, озер, водохранилищ, болот, подземных вод, ледников и снежных покровов.

Вода обладает многими уникальными физическими и химическими свойствами. Она – хороший растворитель. Поэтому в ней содержится много химических элементов и огромное количество их соединений, необходимых для жизни.

У воды высокая теплоемкость, теплота плавления и парообразования. Она испаряется с огромных площадей поверхности Земли и океанов и выпадает дождем и снегом. Этот круговорот оказывает огромное воздействие на формирование климата. Водяные пары, проникая в атмосферу, сохраняют тепло Земли. Чем больше воды испаряется над данным регионом, тем мягче его климат.

Различают две разновидности климата – континентальный и морской. На континентах в течение года происходят резкие колебания температуры. Морской климат их смягчает.

У воды – большая теплоемкость. Это означает, что для нагревания на 1 К  1 кг воды требуется в несколько раз больше энергии, чем для нагревания на 1 К других веществ той же массы, например, металлов. Но у этого свойства есть и обратная сторона: остывая, вода выделяет тепла в несколько раз больше, чем другие вещества. Не случайно мировой океан называют печкой планеты. В теплое время года океанская вода прогревается медленнее суши и поэтому охлаждает воздух. А зимой теплая вода океана согревает холодный воздух.

Атмосфера ‒ воздушная оболочка Земли.

Днем она защищает живые существа от палящих лучей Солнца, ночью сохраняет накопленное за день тепло.

Основные химические элементы, составляющие атмосферу, – азот и кислород. Также она содержит в гораздо меньшем количестве углекислый газ, аргон, водород, озон, водяной пар.

Условно атмосфера разделяется на несколько слоев.

Тропосфера. Нижняя часть атмосферы. Она простирается от поверхности Земли до высоты от 8 до 18 км. В тропосфере образуются облака, дождь, снег, град, ветер. Поэтому ее называют «фабрикой» погоды.

Стратосфера. Находится на высоте от 8 ‒ 16 км до 45 ‒ 55 км. Здесь постоянная ясная погода. Именно в стратосфере находится озоновый слой, который защищает живые организмы на Земле от губительного действия ультрафиолетового излучения Солнца. Он простирается на высоте от 10 до 50 км. Если мысленно извлечь весь озон атмосферы и сжать под нормальным давлением, то получится слой толщиной всего 3 мм.

Самая внешняя часть атмосферы вытянута и напоминает хвост кометы. Длина такого образования – порядка 100 000 км. Вероятнее всего, он сформировался благодаря давлению солнечного света.

Взаимодействие атмосферы с океаном и сушей определяет погоду и климат. Климат – состояние погоды определенного региона за длительный период времени.

Изменение климата Земли происходит в виде различных циклов. Наиболее ярким проявлением этой цикличности являются оледенения. Исследования осадочных пород на дне океанов, исследования образцов льда, извлеченных из глубоких скважин Антарктиды и Гренландии, говорят о том, что за последние два миллиона лет Земля пережила порядка двух десятков ледниковых периодов.

На Земле постоянно протекают два противоположных процесса. С одной стороны, происходит выветривание и снос вещества в океан. С другой стороны, из океанов поднимается земная кора. Без этих поднятий Земля покрылась бы сплошным слоем воды.

Тектоническая активность, т.е. деятельность вулканов, перемещения тектонических плит, движение материков, говорят о степени жизнеспособности планеты, и не только Земли. Если подобные процессы не происходят или значительно сокращаются, это означает, что планета умерла или близка к этому. Такой вывод можно сделать, поскольку при тектонической деятельности происходит обмен веществом и энергией между поверхностью и недрами планеты.

В настоящее время Земля проявляет высокую тектоническую активность. А это означает, что ее геологическая история продолжается. Периодически происходят извержения вулканов и землетрясения, которые иногда носят катастрофический характер.

Магнитосфера ‒ область, на которую простирается магнитное поле Земли. Это ее самая внешняя оболочка. В этой области околоземного пространства происходит взаимодействие магнитного поля и космических лучей ‒ потоков частиц, прилетающих к Земле из глубин Галактики и от Солнца. С дневной стороны магнитосфера простирается до двух десятков земных радиусов, а с ночной – до нескольких сотен, образуя магнитный хвост Земли.