Глава 2. Форма и размеры Земли
Первые представления о форме и размерах Земли появились в глубокой древности. Длительное время Земля рассматривалась как шарообразное тело. В XVII - XVIII вв., когда для изучения размеров Земли впервые стали применяться более точные методы измерения, было выяснено, что Земля не представляет собой идеального шара, так как полярный и экваториальный радиусы неодинаковы (разница между ними составляет немногим более 21 км). Это свидетельствует о сплюснутости ее по оси вращения. Формирование фигуры Земли определялось совместным действием гравитации и центробежных сил. На рубеже XVII - XVIII вв. И. Ньютоном теоретически было обосновано положение о том, что под воздействием силы тяжести Земля должна иметь сжатие в направлении оси вращения и принять форму эллипсоида, или сфероида. Последующие измерения подтвердили теоретические положения и расчеты И. Ньютона и показали, что Земля сжата не только на полюсах, но и в небольшой степени и по экватору (наибольший и наименьший радиусы экватора отличаются по длине на 213 м), т.е. Земля является трехосным эллипсоидом. В экваториальной области Земля сжата в районах Тибета и Центральной Африки, а большая полуось экваториального эллипса направлена в район Гвинейского залива Атлантического океана [6].
Представления о Земле как об эллипсоиде верны, но наиболее близкой к современной фигуре Земли является фигура геоида. Геоид – это некоторая воображаемая форма, по отношению к которой сила тяжести повсеместно направлена перпендикулярно, и которая совпадает с уровнем Мирового океана. (рис.5) [3]
Рис. 5. Положение поверхностей рельефа Земли, сфероида и геоида
Форма и размеры Земли были вычислены геодезистом А. А. Изотовым в 1940 г. Выведенная им фигура была названа эллипсоидом Красовского (в честь крупного советского геодезиста Ф. Н. Красовского). Основные параметры по эллипсоиду Красовского:
Экваториальный радиус – 6378,245 км
Полярный радиус – 6356,863 км
Полярное сжатие α= 1/298,25. Сжатие определяется по формуле α= (a-b) /a, где a, b – большая и малая полуоси эллипсоида вращения.
Площадь поверхности Земли составляет около 510 млн км2, ее объем – 1,083*1012 км3, масса – 5,976*1027 г [6].
Глава 3. Строение Земли
Внутреннее строение Земли
Особенностью
строения Земли является неоднородность
физических свойств и дифференцированность
состава вещества по радиусу с обособлением
ряда оболочек. Непосредственному
наблюдению доступны лишь верхние
(глубина 15-20 км) горизонты земной коры.
Выделяют три главные области Земли (рис.6):
Рис. 6. Строение Земли: ядро, мантия и земная кора
1. Земная кора (рис. 7, слой А) - верхняя оболочка Земли, мощность которой изменяется от 6 км под глубокими частями океанов до 35-40 км под равнинными платформенными территориями континентов, до 50-75 км под горными сооружениями (наибольшие под Гималаями и Андами). Основной состав коры - это окислы кремния, алюминия, железа и щелочных металлов. От мантии земную кору отделяет граница Мохоровичича (ее часто называют границей Мохо), характеризующаяся резким нарастанием скоростей сейсмических волн. Земная кора вместе с верхней мантией образуют оболочку - литосферу. Она является единственным твердым ("каменным") слоем, который будто плавает в пластической астеносфере. Толщина литосферы разная: под океанами - около 50 км, на материках - до 200 км. Ниже литосферы располагается астеносфера — менее твердая и менее вязкая, но более пластичная оболочка с температурой 1200 °С. Она может пересекать границу Мохо, внедряясь в земную кору. Астеносфера — это источник вулканизма. В ней находятся очаги расплавленной магмы, которая внедряется в земную кору или изливается на земную поверхность (рис.8) [7].
2. Мантия Земли, окружающая ядро и составляющая 83 % от объема нашей планеты. Распространяется до глубин 2900 км. В ее пределах по сейсмическим данным выделяются: верхняя мантия - слой В (рис.7) глубиной до 400 км и слой С - до 800-1000 км (некоторые исследователи слой С называют средней мантией); нижняя мантия - слой D до глубины 2900 км. Считается, что вещество мантии находится в непрерывном движении, и высказывается предположение, что в относительно глубоких слоях мантии с ростом температуры и давления происходит переход вещества в более плотные модификации. Такой переход подтверждается и экспериментальными исследованиями. Мантия разделяется на менее плотную и пластичную верхнюю часть (800-900 км), из которой образуется магма (это расплавленное вещество земных недр — смесь химических соединений и элементов, в том числе газов, в особом полужидком состоянии); и кристаллическую нижнюю, толщиной около 2000 км [5].
3. Ядро, расположено в центре Земли, его радиус составляет около 3,5 тыс. км. Температура ядра достигает 10 000 К, т. е. она выше, чем температура внешних слоев Солнца, а его плотность составляет 13 г/см3. Подразделяется на:
1) внешнее ядро - слой Е (рис.7) в пределах глубин 2900-4980 км;
2) переходную оболочку - слой F - от 4980 до 5120 км;
3) внутреннее ядро - слой G до 6971 км [6].
Внешнее ядро Земли имеет большую мощность, чем внутреннее и находится в жидком (расплавленном) состоянии. Именно с ним связывают происхождение земного магнитного поля, считая, что, электрические токи, текущие в жидком ядре, создают глобальное магнитное поле [5].
Внутреннее ядро подвержено колоссальному давлению. Оно не связано с мантией. Вещества, слагающие его, находятся в твердом состоянии [8].
Рис. 7. Оболочки Земли
Рис. 8. Строение земной коры