Земля является частью Солнечной системы. Она удалена от Солнца в среднем на 149,6 млн км и обращается вокруг него за период, равный 365,25 средних солнечных суток. Перигелий Земли — 147 млн км, афелии — 152 млн км. Земной эллипсоид вращение имеет следующие параметры: радиус экватора - 6378,160 км, полярный радиус - 6356,777 км, средний радиус Земли - 6371,032 км, длина окружности по меридиану - 40008,55 км, площадь поверхности- 510,2 млн км2, объем— 1,083-10 км , масса-5976-1021 кг, средняя плотность — 5518 кг/м3.
Отто Юльевнч Шмидт (1891—1956) Земля, по теории происхождения планет, разработанной академиком О.Ю. Шмидтом, образовалась из сгустков (сформировавшихся под воздействием взрыва сверхновой) протосолнечного облака, путем аккумуляции твердого рассеянного пылегазового вещества, что обусловило ее неоднородную (агломератовую) структуру. Постепенно слагающие такое облако мельчайшие частицы и метеориты различных размеров объединялись в астероиды, которые затем падали на еще более крупные объекты — на образующуюся Землю. Соударение крупных космических тел обеспечило имеющийся наклон оси вращения нашей планеты. Так, при существующем сейчас угле наклона земной оси, равном 23,5°, массы наибольших тел, падающих на Землю при ее образовании, достигали 1/1000 массы нашей планеты. Следовательно, их поперечник мог доходить до 1000 км. Представление о масштабе столкновения Земли с подобным объектом (к тому же перемещающимся со скоростью 11 км/с) дают гигантские размеры лунных кратеров и морей. Выделившейся при таком ударе энергии достаточно, чтобы нагреть на сотни градусов слой земной коры толщиной, превышающей поперечник упавшего тела. Заметная часть энергии падения таких гигантских космических тел оставалась внутри Земли и в результате способствовала разогреву ее недр на температуру свыше 1000°С. В условиях имеющегося вращения неоднородная агломератовая структура Земли не соответствовала закону минимума момента количества ее движения. Оптимизация энергии обусловлена приобретением планегарного тела сферичности и дифференциацией вещества по плотности. В результате вращения сферичность космического объекта достигается в интервале масс 2-1016—2-1019 г, а выделение геосфер осуществляется за счет внутренних и внешних источников энергии. Это в первую очередь разогрев от процессов аккреции и метеоритной бомбардировки. Далее тепловой вклад вносят процессы радиоактивного распада короткоживущих (А126, J129) и долгоживущих (U235, U238, Rb87, К40, Re187, Th232 и др.) изотопов. И, наконец, за счет энергии воздействия близких и особенно массивных спутников (приливное влияние и воздействие на ось вращения Земли) с диссипацией тепла во внутренние зоны планеты. Формирование Земли (космическая стадия эволюции), сопровождающееся падением астероидов и метеоритов, продолжалось около 100 млн лет (~ 4 % от всего времени существования нашей планеты). В этот период происходила интенсивная отдача тепла в Мировое космическое пространство, вследствие чего температура на земной поверхности понижалась, и наступил момент, когда выделявшиеся из ее недр водяные пары смогли конденсироваться в жидкую воду. С этого момента начинается геологическая стадия развития Земли. Происходящие в этот период на нашей планете процессы можно подразделить на два типа. С одной стороны, это подземные вулканические и иные силы, приводящие к излиянию лав и подъему (или опусканию) земной коры, что примерно 3,8 млрд лет назад привело к разделению мантии Земли на более легкие или плотные компоненты. С другой стороны, это процессы разрушения, эрозии горных пород, их переноса водами и ветром. Пока вода на Земле была только в связанном или парообразном состоянии, переноса горных пород практически не происходило, что наблюдается в настоящее время на поверхности Луны. Вулканические горы еще не размывались, а пониженные между ними места не заполнялись осадками. Только с появлением на Земле жидкой воды впервые возникли осадочные породы, отлагающиеся в неглубоких морских водоемах. В результате поверхность нашей планеты стала более ровной, так как высокие вулканы со временем разрушались и постепенно исчезали с земной поверхности, а впадины заполнялись осадками. Сравнительный анализ планетоидов (планет, их спутников и астероидов, имеющих сферическую форму) показывает определенную идентичность в их строении. Все они имеют сферично-слоистую структуру, включающую ядро, мантию и литосферу, а в некоторых случаях — атмосферу с магнитосферой. Распределение сферических слоев строго подчинено закону минимума момента количества их движения в условиях вращения. Поэтому в центре любого планетоида располагаются наиболее плотные породы, составляющие ядро, а по мере продвижения к периферии наблюдается разуплотнение, а также выделение различных химических элементов и их соединений. По-видимому, сценарий дифференциации и структурирования вещества на всех планетоидах одинаков, а вот степень их завершенности зависит от запасов внутренней и притока внешней энергии. 3-2 млрд лет назад земная кора уже остыла на всю глубину (20-40 км) и приобрела определенную хрупкость. В местах максимальных напряжений она начала трескаться. В результате возникли глубинные разломы, вдоль которых образовались прогибы (где накапливались многокилометровые толщи осадков). В течение предыдущих периодов в земной коре, близ ее поверхности, накапливались такие элементы, как кремнезем, щелочи, кальций, создавался гранитный слой, выделялась вода, большую часть которой, как губку, впитала в себя верхняя часть мантии. В результате возник мощный слой обводненных ультраосновных пород. Слагающие Землю химические элементы расположились в закономерной последовательности: вверху самые легкие, ниже — тяжелые и плотные, кремнезем, еще ниже — алюмосиликаты и внизу — силикаты с высоким содержанием магния и железа. Примерно 0,5-0,3 млрд лет назад Земля вступила в стадию эволюции, характеризующуюся уничтожением мощной континентальной коры и ее превращением в тонкую (5-7 км) океаническую разновидность. Человечеству давно известна загадочная географическая особенность. Если сопоставить противоположные берега Атлантического океана, то нельзя не заметить совпадения очертаний Восточного побережья Южной Америки и Западного побережья Африки. На основании этого факта и сходства ископаемых растений в месторождениях каменного угля Северной Америки и Европы в начале прошлого века была выдвинута гипотеза, что Северная и Южная Америка в прошлом составляли единое целое с Европой и Азией. Впоследствии они откололись и начали дрейфовать. В настоящее время на этом предположении разработана теория тектоники плит, которая предполагает, что формирование океанов и дрейф материков начались значительно раньше — 1,5-2 млрд лет назад. Поэтому слияние материков в один суперконтинет происходило неоднократно, с периодичностью в 250-300 млн лет. Океаническую стадию следует рассматривать как завершение гигантского мегацикла в истории Земли, длившегося 4-5 млрд лет: Тихий океан образовался ~ 1500 млн лет назад, Атлантический — 150-300, Индийский — 160, Северный Ледовитый — 30-40 млн лет назад. Главной особенностью процесса океанообразования является то, что он постепенно расширяется (со скоростью 1-15 см/год) и захватил к настоящему времени пространство, превышающее суммарную площадь материков. Биосферная стадия эволюции Земли началась с появлением и развитием на планете жизни, преобразующей другие ее оболочки. Ископаемые остатки организмов были обнаружены в древнейших горных породах. Так, в самых древних известных породах юго-запада Гренландии (возраст 3,76 млрд лет при возрасте Земли 4,5-4,6 млрд лет) найден углерод, имеющий биогенное происхождение. Приблизительно этим же периодом датируются отложения железистых кварцитов. Следовательно, в это время под влиянием жизнедеятельности одноклеточных водорослей, разлагающих углекислый газ, в морской воде уже появился кислород. 3,5 млрд лет назад органический углерод составлял уже около 20 % содержания в экзогенной системе Земли. Возникновение почвенного покрова нашей планеты обусловлено выходом растений на сушу, произошедшим около 0,5 млрд лет назад. В дальнейшей эволюции Земли на появление биосферы и развитие ее структуры значительное влияние оказало гелиоцентрическое расстояние и расположение планеты. Температурный режим поверхности нашей планеты (без техногенной составляющей) зависит от внешнего источника — Солнца (99,5 % всей энергии), а также притока внутреннего тепла (источником которого служит распад радиоактивных минералов в гранитных породах). Уникальность Земли как планеты состоит в том, что она находится на единственно возможном расстоянии от Солнца (табл. 1.1), которое создает на ее поверхности температуру, обеспечивающую существование воды в жидком виде. Другие параметры орбиты Земли обусловили бы резкое изменение характеристик окружающих ее оболочек — газовой (атмосферы), водной (гидросферы) и твердой (литосферы). Если Землю мысленно переместить на орбиту Венеры, то из-за так называемого необратимого (убегающего) парникового эффекта ее водная оболочка исчезла бы в кратчайшие сроки. Таблица 1.1 Основные характеристики некоторых планет Солнечной системы Основные характеристики Планета
Венера Земля Марс Расстояние до Солнца, км 1,08-108 1,49-108 2,28-108 Экваториальный радиус, км 6051 6378 3398 Период вращения (d — дни, h — часы) 243 d 23,93h 24,62h Ускорение свободного падения, см/с2 884 981 376 Температура, "С 457 15 -55 Давление на поверхности (МПа) 9000 1000 7 Парниковый эффект в плотных атмосферах планет (Земли, Венеры и др.) представляет собой нагрев внутренних слоев воздуха, обусловленный их прозрачностью для основной части излучения Солнца (в оптическом диапазоне) и поглощением инфракрасной части теплового излучения поверхностью планеты. Парниковый эффект повышает среднюю температуру планеты. Убегающий парниковый эффект представляет собой замкнутый цикл, состоящий в том, например, что при уменьшении гелиоцентрического расстояния происходит повышение температуры поверхности планеты. Это приводит к дополнительному испарению воды (рек, морей и океана), что вследствие поглощения водяным паром инфракрасного (длинноволнового) излучения влечет за собой еще большее повышение температуры поверхности планеты, и, следовательно, увеличение испарения вод и т.д. Если окажется, что рост температуры внутренних слоев атмосферы планеты из-за парникового эффекта опережает ее понижение вследствие конденсации, то выпадение осадков прекращается, а вода (пар) диссоциирует (под действием ультрафиолетового облучения) на кислород и водород. Кислород может вступить во взаимодействие с планетной корой, а наилегчайший из газов — водород навсегда покинет планету. Именно такой оформилась атмосфера Венеры (табл. 1.2), и поэтому вероятность обнаружить на ней жизнь в традиционной, земной форме мала. Таблица 1.2 Основные компоненты планетных атмосфер, % Компоненты Планеты
Венера Земля Марс
ранняя современная
Азот (Nj) 3,5 1,9 78,0 1,7 Кислород (От) 0 0 21,0 0,0 Углекислый газ (ССЬ) 96,5 98,0 0,03 98,0 Пары воды (НзО) Следы 3 км 24 км 30 м Если Землю мысленно переместить на орбиту Марса, то там могла бы зародиться жизнь, пройти несколько стадий эволюции, а впоследствии угаснуть (если допустить, что перемена климата до существующих показателей происходила под действием парникового эффекта, но уже в ослабленном его состоянии). Так, в грунте с Марса были обнаружены микрофоссилии, т.е. следы древних микроорганизмов. Вполне реальны надежды найти следы биосфер на ряде крупных спутников планет внешней группы, в частности, на Титане — спутнике Сатурна. Как же распределяется солнечная энергия, достигшая поверхности Земли? Лучистая энергия, получаемая поверхностью Земли от Солнца, составляет примерно 1,2-Ю17 Дж. Средний приход энергии от Солнца в умеренных широтах равен 48-61 тыс. ГДж/га в год. Так, в степные районы Северной Осетии (Моздокский административный район) годовой приход солнечной радиации составляет 50-55 ккал/см2 (1 калория— это количество энергии, позволяющей нагреть 1 г воды на 1 °С), а в лесолуговой зоне — 40-45 ккал/см2. При ее поглощении активной поверхностью Земли она преобразуется в тепловую. Около 35 % отражается обратно в космос облаками, пылью и другими веществами, находящимися в атмосфере, а также собственно поверхностью Земли (рис. 1.1). Незначительная доля солнечной энергии улавливается земными растениями и участвует в процессе фотосинтеза (~ 0,003 при образовании органических соединений, необходимых для жизнедеятельности живого вещества. Остальная часть (— 65 идет на нагревание атмосферы, суши и гидросферы, испарение и обеспечение перераспределения вещества в биосфере (рис. 1.2). Поверхность океана теряет больше энергии, чем получает от Солнца. Это объясняется тем, что значительная часть излучения от поверхности океана поглощается облаками и водяным паром атмосферы, а затем переизлу-
Рис. 1.1. Отражение и поглощение солнечной энергии Рис. 1.2. Механизм перераспределения солнечной энергии на Земле (стрелки символизируют потоки энергии)
чается обратно. Такое переизлучение происходит в инфракрасной части спектра, т.е. в виде длинноволнового излучения. Согласно расчетам российских ученых примерно 3 % подходящего к Земле излучения поглощается озоновым слоем. Если за счет снижения концентрации озона эта величина уменьшится до 2%, что ожидается в 20-х гг. третьего тысячелетия, то на Землю будет дополнительно попадать солнечное излучение мощностью примерно 14 Вт/м2. При увеличении потока солнечной радиации на 1 Вт/см2 средняя глобальная температура Т0 возрастет на 0,3-Г С. Таким образом, увеличение температуры составит 4-14сС. В то же время при удвоении концентрации СОг Т0 увеличится на 1-3,3°С.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Образование, эволюция и особенности планеты Земля» з дисципліни «Основи природокористування: екологічні, економічні та правові аспекти»
при образовании органических соединений, необходимых для жизнедеятельности живого вещества. Остальная часть (— 65 