1.5 Физические поля Земли

Плотность и давление. Средняя плотность Земли 5,52 г/см³. Плотность горных пород 2,4 - 3,0 г/см³.

Ниже границы Мохо 3,3—3,4 г/см³, в основании нижней мантии 5,6 — 5,7 г/см³. На верхней границе Ядра до 10 г/см³. Центр Земли плотность 11,5 г/см³. Во внутреннем ядре плотность 12,5—13 г/см³.

Ускорение свободного падения изменяется от 982 см/с² у поверхности до 10377 см/с² в основании нижней мантии (2900 км). В ядре ускорение свободного падения начинает быстро снижаться, доходя в промежуточном слое «Р» до 452 см/с², на глубине 6000 км оно оставляет 126 см/с², а в центре Земли равно 0.

Как физическое тело, Земля характеризуется существованием гравитационного, магнитного и теплового полей.

Гравитационное поле Земли. Сила тяжести (эталон 981,274 см/с²) направлена к поверхности геоида, на полюсе 983 см/с², на экваторе – 978 см/сек²). Она зависит:

• от положения места относительно уровня океана (чем выше, тем ниже);

• от широты местности;

• от присутствия в земной коре более плотных масс (положительные аномалии) или менее плотных масс (отрицательные аномалии).

Тепловое поле Земли. Земля получает тепло от Солнца (внешнее тепло) и из недр (внутреннее тепло).

Солнце посылает на Землю 10²¹ ккал/сек, что в 8 млн. раз превышает количество тепловой энергии, которое вырабатывает человечество в год. 37 % этого тепла отражается от поверхности. В общем Земля излучает в мировое пространство больше тепла, чем получает.

Солнце прогревает поверхность Земли до глубины 8-30 м, суточные и сезонные колебания от - 89С до 70С и выше. В среднем с 25 м начинается пояс постоянных температур: Москва с 20 м - +4,2, Париж с 28 м +11,8, Якутск с 116 м - 37. Глубже начинается закономерное возрастание температур. Величина возрастания на 100 м – геотермический градиент (3,3), а расстояние, при углублении на которое температура возрастает на 1С – геотермическая ступень. Геотермическая ступень неодинакова: в р-не г. Пятигорска – 1,5 м, в р-нах древних щитов 250 м. Средний геотермический градиент принят 30 °С на 1км.

Источниками внутреннего тепла являются:

• разделение (дифференциация) первичного вещества планеты в ядре с выделением 100 кал/1 г;

• процессы распада радиоактивных элементов;

• гравитационная дифференциация земных недр (сжатие Земли, дрейф континентов и др.).

• Дополнительно - приливное течение, из-за замедления скорости вращения Земли вследствие взаимодействия с Луной.

Магнитное поле. Земля - гигантский магнит с силовым полем вокруг него. Геомагнитное поле дипольное. Магнитные полюсы Земли в настоящее время располагаются вблизи географических полюсов, но не совпадают с ними. Магнитное поле Земли прослеживается на расстоянии, равном 10 ее радиусам. Это пространство называется магнитосферой. Причиной поля является перемещение вещества в области железоникелевого ядра. Магнитное поле характеризуется склонением, наклонением и напряженностью.

Между геомагнитным и географическим полюсами образуется угол 11,5° - магнитное склонение.

Склонение – угол между стрелкой компаса и северным направлением географического меридиана (при отклонении стрелки к востоку –положительное, к западу – отрицательное). Наклонение – угол между стрелкой и горизонтальной поверхностью (угол между магнитными силовыми линиями и горизонтальной плоскостью). Наклонение положительное – северный конец стрелки во внутрь Земли, отрицательное – южный конец во внутрь Земли. Точки, в которых магнитная стрелка вертикальна, магнитный полюс. Линия, соединяющая точки с нулевым наклонением, магнитный экватор. Магнитное склонение, установленное по направлению магнитной силовой линии, определяется углом отклонения магнитной стрелки компаса от географического меридиана, м. б. западным и восточным. Линия, соединяющие на карте точки с одинаковым склонением - изогоны. Магнитное наклонение определяется углом наклона магнитной стрелки к горизонту (наибольшее в р-не магнитных полюсов). Линии, соединяющие на карте точки с одинаковым наклонением - изоклинами. Магнитное поле Земли обусловлено действием электрических токов, возникающих при вращении Земли в связи со сложными конвективными движениями в жидком внешнем ядре. Земля - динамо-машина, где механическая энергия генерирует электрические поля и магнетизм. Напряженность магнитного поля изменяется в пространстве и во времени. В пространстве она имеет сложный характер из-за аномалий (отклонений). Изменения во времени называются вариациями (быстрые – до нескольких дней  магнитные бури, связанные со вспышками на Солнце; вековые – перемещение аномалий на запад).

Ферромагнитные минералы в процессе застывания магмы, принимают ориентировку магнитных силовых линий. После того как горные породы окончательно застынут, ориентировка ферромагнитных минералов сохраняется навечно. Магнитное поле Земли неоднократно менялось, происходила инверсия («инверсио» — переворачивание) магнитного поля. Шкалу магнитных инверсий используют для расчленения и сопоставления толщ горных пород и определения возраста пород дна океанов.