ЛЕКЦИЯ № 2

СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЗЕМЛИ

Общие особенности Солнечной системы

Планеты Солнечной системы

Форма, размеры и рельеф Земли. Географические следствия

Вселенная или Космос - весь существующий материальный мир в целом, безграничный во времени и пространстве и бесконечно разнообразный по тем формам, которые принимает материя в процессе своего развития. Современные астрономические инструменты позволяют наблюдать около 1 млрд. Галактик, расстояния до которых достигает миллиардов световых лет. Возраст Вселенной, по современным представлениям, оценивается примерно в 15 млрд. лет.

Основная масть материи Вселенной сосредоточена в звездах, планетах, их спутниках, астероидах и кометах. Небесные тела связаны между собой силами всемирного притяжения - отталкивания и группируются в системы. Самая простая система - планета-спутник (Земля-Луна), которая входит в состав более крупной системы (Солнечная система), а последняя является членом звездной системы Галактика, Система Галактик образует Метагалактику.

Общие особенности Солнечной системы

В XX веке человечество совершило реальный прорыв в Космос. Благодаря этому многократно повысился интерес к планетам Солнечной системы, обращающимся вместе с Землей вокруг Солнца. Общая протяженность Солнечной системы примерно в 40 paз превышает среднее расстояние от Земли до Солнца. Последнее равно примерно 150 млн. км. Солнце является раскаленной звездой, входящей, как и все звезды, видимые на небе, в состав нашей звездной системы - Галактики. Диаметр Солнца в 109 раз больше диаметра Земли. А масса его примерно в 333 000 раз превышает массу нашей планеты. Общая масса планет Солнечной системы составляет всего лишь около 0,1% от массы Солнца. Поэтому оно силой своего притяжения управляет движением всех планет Солнечной системы, пространство между которыми заполнено крайне разреженным газом и космической пылью. Внутренняя температура Солнца достигает 10х10⁶ - 15x10⁶ К. Внешнюю часть солнечной атмосферы венчает солнечная корона, температура которой достигает 10⁶ – 10⁷ К. Корона испускает в межпланетное пространство поток ионизированных частиц называемый «солнечным ветром». С ним уносится заметная часть энергии Солнца.

Солнце - мощный источник энергии, непрерывно излучаемых им во всех участках спектра электромагнитных волн - от рентгеновских и ультрафиолетовых до инфракрасных и радиоволн. Выделяемая Солнцем энергия составляет огромных величин (до 10²⁶ Дж/сек) и является основой для развития многих геологических процессов, основа климатов, энергетическая база существования жизни на Земле и функционирования экосистем. Поскольку зарождение Жизни на Земле оценивается в несколько миллиардов лет и организмы могут развиваться в ограниченном диапазоне температур, не превышающих плюс 80-100°С, предполагают, что на протяжении этого времени интенсивность солнечной энергии не унялась.

О возрасте Солнца ученые размышляли с древнейших времен. На основе теоретических расчетов методами ядерной физики современные оценки возраста Солнца составляют примерно 5 млрд. лет, что нашло подтверждение и в абсолютных датировках геологических объектов и небесных тел; древнейшие на Земле горные породы образовались 3,8-4 млрд. лет назад, на Луне обнаружены породы возрастом 4,7 млрд. лет, а датировки метеоритов показали 4, 6 млрд. лет.

Вопрос о строении Солнечной системы имеет для человечества огромное познавательно-мировоззренческое и практическое значение. Первым выдающимся вкладом в решение этой задачи явилось величайшее творение польского ученого Николая Коперника (1473-1543) «Об обращении небесных кругов». Коперник первый установил, что Земля является не неподвижным центром Вселенной, как это считалось до него, а всего лишь небольшой и постоянно движущейся вокруг Солнца планетой. В начале XVII в. немецкий ученый Иоганн Кеплер сформулировал законы движения планет и их спутников. А в конце этого века Исаак Ньютон вывел закон всемирного тяготения, который лежит в основе обнаруженных Кеплером законов движения планет и спутников.

В течение всего XIX века в космогонии господствовали близкие гипотезы немецкого философа Иммануила Канта (1724-1804) и французского математика Пьера Симона Лапласа (1749-1827). Но они вошли в противоречие с вновь полученными фактами и не могли объяснить необычайное распределение момента количества движения (меры вращательных движений) в Солнечной системе между Солнцем и планетами. В современной Солнечной системе наблюдается парадоксальное распределение момента количества движения. В Солнце сосредоточено более 99% всей массы Солнечной системы, но на него приходится менее 2% момента количества движения. А остальные 98% принадлежат планетам. Проблема эта решалась и решается многими учеными. Рамки настоящей работы не позволяют подробно описывать взгляды современных ученых. По можно утверждать, что и они до сих пор не вышли за пределы более или менее оригинальных гипотез.

Изучение других планет Солнечной системы базируется на знании вещественного состава, строения и истории развития Земли. Планеты Солнечной системы находятся на разных ступенях развития. Земля опередила другие планеты в своей эволюции. Но они, так же как и Солнце, расположенное в центре Солнечной системы, оказывают непосредственное влияние на протекающие на Земле геологические процессы. Поэтому правильно понять историю происхождения Земли и восстановить ранние стадии ее развития можно лишь с учетом строения всей Солнечной системы. В частности, в последние годы земляне озабочены вопросом: грозит ли Земле столкновение с блуждающими астероидами, метеоритами и кометами и каковы могут оказаться последствия такой «встречи»?

Метеорное тело, имеющее небольшие размеры, иногда целиком испаряется в атмосфере Земли. Остатки метеорных тел, упавшие на Землю, называются метеоритами.

Метеориты рассматриваются как обломки малых планет, обращающихся вокруг Солнца по пересекающимся эллиптическим орбитам. Кометы (греч. «косматое светило») - также обращаются вокруг Солнца. Они представляют собой небольшие тела, окруженные обширной оболочкой из разреженного газа. Большинство из них имеет эллиптические орбиты, выходящие за орбиту Плутона. С падением метеоритов связано образование ударных кратеров на земной поверхности. Ежегодно на поверхность Земли падает до 1000 метеоритов общей массой 1500-2000 тонн (5-6 тонн за одни сутки). При падении крупных метеоритов выделяется огромное количество энергии. Палеонтологи установили, что в течение геологической истории Земли до рубежа 65 млн. лет назад погибло около 95% всего живого. Ряд ученых связывает это с падением на поверхность Земли крупных фрагментов метеоритов и т.п.

Основным источником падающих на Землю метеоритов служит пояс астероидов, которые обращаются по гелиоцентрической орбите между Марсом и Юпитером. Общее число сближающихся с Землей малых планет достигает 1000. Первое зафиксированное китайскими астрономами в хрониках появление кометы относится к 2296 году до н.э. За всю историю человечества наблюдалось всего около 2000 кометных появлений. Иногда астероиды приближаются к Земле. Так, в 1993 г. астероид Икар прошел в опасной близости от Земли.

Солнце является гигантским источником столь необходимой людям энергии. Человек давно приступил к практическому использованию солнечной энергии. Грандиозный экологически чистый проект перекачки энергии Солнца на Землю планирует осуществить в XXI веке Япония. В стране начаты научные работы по созданию первой в истории космической электростанции мощностью в 1 млн. киловатт. Планируется запустить в космос на 36 тыс. км от Земли спутник весом 20 тыс. тонн с двумя солнечными батареями. Каждая из них будет иметь по 1 км в ширину н по 3 км в длину. Эта конструкция будет передавать собранную энергию наземной антенне.

Планеты Солнечной системы

В пределах Солнечной системы расположено четыре внутренних (Меркурий, Венера, Земля и Марс) и 4 внешних (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) планет (рис. 1). Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов - малых планет.

Все планеты обращаются вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, очень близким (кроме вытянутой орбиты Плутона) к окружности. Вращаются планеты в ту сторону, в которую медленно вращается и Солнце. Порядок вращения планет вокруг своих осей нарушает лишь Венера, вращающаяся в обратную сторону вокруг своей оси.

Внутренние планеты Солнечной системы - Меркурий, Венеру, Марс Землю - называют планетами земного типа. Они, как и Земля, являются твердыми телами и близки Земле по сравнительно небольшим размерам, в основном силикатно-железистому составу и внутреннему строению.

Рис. 1. Строение Солнечной системы

Меркурий, расположенный ближе всех к Солнцу, является одной из самых маленьких планет земной группы. Ее радиус составляет 0,4 земного радиуса. Меркурий практически лишен атмосферы, она чрезвычайно разрежена и состоит из гелия и водорода. Температура поверхности колеблется от -173° до +430 °С. Плотность Меркурия (5,43±1 г/см³) близка к плотности Земли; магнитное поле очень слабое (0,01 земного). Меркурий отличается очень медленным осевым вращением (почти 59 земных суток), составляющим 2/3 периода обращения планеты вокруг Солнца. Судя по телевизионным изображениям, переданным американским космическим аппаратом «Маринер-10» (1974 г.), Меркурий очень похож на Луну. Его поверхность покрыта многочисленными ударными кратерами - воронками с поперечниками от 0,8 до 120 км. Между сгущениями кратеров располагаются продолговатые равнины, подобные лунным «морям». Их относительно плоское дно нарушено трещинами и грядами.

Венера - располагается между Меркурием и Землей. Среди планет земной группы Венера обладает наиболее плотной атмосферой, обнаруженной еще М.В. Ломоносовым. Вся вода на Венере находится в парообразном состоянии. По данным измерений и снимков, произведенных с советских спускаемых аппаратов автоматических межпланетных станций «Венера -8, -9, -10, -13, -14, -15 и -16», атмосфера Венеры состоит на 97% из углекислого газа с облаками из капелек серы и серной кислоты. Такая атмосфера создает очень сильный парниковый эффект. Температура у поверхности Венеры достигает 750±20^о К, атмосферное давление (90 атмосфер) такое же, какое на Земле в океанах на глубине около 1 км.

Полученные материалы свидетельствуют о наличии на Венере коры, аналогичной земной, и о том, что местами се поверхность сложена тонкорасслоенными каменистыми горными породами, близкими к основным базальтам. Венера обладает сильно расчлененным рельефом, амплитуда его достигает 15,5 км. Обширные понижения, напоминающие океанские бассейны Земли и лунные «моря», занимают 1/6 часть поверхности планеты, Остальную площадь составляют холмистые равнины и возвышенности. Наиболее крупными континентами являются: Земля Афродиты (размером с Африку) И Земля Иштар (размером С Австралию). На краю последней расположено сложенное базальтами высокое плато Лакшми. Кроме того, выделяются крупные вулканические массивы (до 2000x2000 км) и горные хребты протяженностью в сотни километров. Последние, в частности, обрамляют Землю Афродиты (с севера) и плато Лакшми. Рисунок этих линейных гряд очень напоминает рисунок горных систем Земли. Они возвышаются на 7-8 км над средним уровнем поверхности Венеры. В пределах Земли Афродиты выявлены две рифтовые долины длиной до 2200 км.

На Венере, так же как и на Земле, есть крупные вулканы. Венера характеризуется очень медленным осевым вращением (117 земных суток). Ее магнитное поле в 10⁵ раз меньше земного. Вращается Венера в обратном по отношению к своему вращению вокруг Солнца и вращению других планет и их спутников (кроме Урана и его спутников, спутника - Тритона и некоторых внешних спутников Юпитера и Сатурна) направлении.

Земля - самая крупная из внутренних планет Солнечной системы. По размерам, массе и средней плотности она наиболее близка Венере. Отличается от последней несколько большей массой, несколько большим периодом обращения вокруг Солнца и намного более быстрым осевым вращением. Период вращения вокруг собственной оси у Земли - 24 часа (одни сутки), а у Венеры - 243. В отличие от Солнца, состоящего из водорода и гелия, Земля содержит много кислорода и железа, кремния, магния, кальция и др. элементов. Азотно-кислородная атмосфера Земли резко отличается от атмосфер других планет. Термодинамические условия поверхности позволяют существовать воде во всех трех агрегатных состояниях - в виде пара, жидкой воды и льда. Различается и средняя температура на планетах. На Земле она составляет +14 °С, а на Венере - +467 °С. От других планет земной группы (и от Луны) Земля отличается тем, что ее кора сложена не только базальтами, но и гранитами (в пределах континентов); на ее поверхности присутствует большой объем жидкой воды, заполняющей океаны и моря. На Земле активно проявляются магматические и тектонические (вулканизм, движения и деформации земной коры), а также различные экзогенные (деятельность ветра, рек и т.п.) процессы; рано зародился и пышно расцвел органический мир.

Астрономическое положение Земли в Солнечной системе, а также элементы ее движения вокруг Солнца и осевого вращения приводят к следующим природным следствиям:

1. Орбитальное и осевое движения Земли, как и других планет, равномерны, поэтому все природные процессы на земле ритмичны, их колебания не выходят за критические для жизни пределы;

2. Благодаря относительно близкому положению к Солнцу, Земля состоит преимущественно из тяжелых элементов (оксидов металлов), что обеспечивает ее высокую плотность (в среднем 5,5 г/см³);

3. Масса Земли достаточно велика для удержания вокруг себя атмосферы и водорода в достаточном количестве для образования больших масс воды (гидросферы) и в то же время не настолько велика, чтобы как на Юпитере, планета состояла из водорода.

4. При взаимодействии с Луной на поверхности и во внутренних сферах Земли образуется приливная волна суточной периодичности, которая проявляется в движениях и деформациях земной коры.

Спутник Земли - Луна составляет 1/81 часть массы Земли и движется по орбите, плоскость которой наклонена к плоскости эклиптики примерно на 5°. Она полностью лишена атмосферы и воды, обладает медленным осевым вращением (29,5 земных суток) и очень слабым магнитным полем. В рельефе поверхности Луны 84% занимают возвышенные участки («континенты»), сложенные полнокристаллическими (с содержании SiO₂; от 52 до 45%) породами, резко обедненными, по сравнению с земными, летучими химическими элементами и соединениями (нет даже следов воды и углекислоты). Остальное приходится на широкие депрессии - «моря», сложенные покровами базальтов, сходных с земными, но так же обедненных летучими компонентами. Наиболее крупными являются: Море Дождей, Море Ясности, Море Изобилия, Море Нектара, Море Спокойствия, Океан Бурь и др. Верхняя часть коры на Луне, вероятно, сложена базальтами. Вся поверхность Луны испещрена крупными ударными кратерами - следами падения крупных метеоритов, породы на их поверхности раздроблены и содержат примесь метеоритного вещества - железа и родственных ему элементов.

Температура на поверхности Луны колеблется от +115 °С на освещенной Солнцем поверхности до -135°С на противоположной. Отмечаются лунотрясения, очаги которых располагаются на глубине 700-1000 км, вблизи границы мантии с ядром.

Марс - наиболее удаленная от Солнца планета земной группы. Диаметр ее примерно вдвое меньше земного, а масса равна 0,38 земной массы. Марс обладает самой низкой средней плотностью и осевым вращением, равным 24 ч 37,4 мин. Марсианский год составляет 687 суток. Поэтому длительность сезонов на Марсе почти вдвое больше, чем на Земле. В зимнее время в полярных областях образуются снеговые шапки; снег состоит из воды и углекислоты.

Атмосфера на Марсе очень разреженная, состоит на 95% из углекислого газа; остальное приходится на азот, аргон и кислород (0,02%); содержание водяного пара в общем невелико. Давление ее на поверхности составляет 6 мм ртутного столба. Амплитуда высоко расчлененного рельефа достигает 27 км (на Земле - 19 км, Венере - 15,5 км). Температура поверхности Марса колеблется от -28 до -140°С. Это способствует широкому распространению вечной мерзлоты в верхней части коры планеты. Развитие высохших русел рек свидетельствует, что в прошлом по поверхности Марса текла и жидкая вода.

На Марсе проявляется большинство известных на Земле экзогенных процессов. В частности, господствуют процессы, связанные с деятельностью ветра: имеются обширные песчаные пустыни с характерным грядовым рельефом. Рельеф Марса отличается высокой расчлененностью, его амплитуда достигает 27 км. Выделяются два главных типа областей: материки, густо покрытые ударными кратерами, что свидетельствует об их относительной древности, и равнины. На Марсе имеются гигантские вулканы. Один из них - самый крупный во всей Солнечной системе вулкан Олимп. Его высота 21 км.

Установлены гигантские рифтовые долины, переходящие в каньоны. Так, широтная рифтовая система Долины Маринер протягивается к югу от экватора на 4000 км. Глубина каньона достигает 10 км.

Марс имеет слабое магнитное поле. У Марса два очень небольших по размеру сложенных метеоритным веществом типа хондритов и изрытых ударными кратерами спутника - Фобос (до 27 км в поперечнике) и Деймос (до 15 км в поперечнике). Один из них вращается вокруг своей оси в направлении, противоположном вращению Марса и другого спутника.

Пояс астероидов. Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов - малых планет. Это - мелкие твердые небесные тела и обломки, достигающие в диаметре сотен километров (Церера - 767 км). В настоящее время известно более 3000 астероидов, которые иногда сталкиваются друг с другом. Новые астероиды открывают ежегодно. Чаще всего им присваивают имена известных ученых, героев, деятелей искусства. Существует гипотеза, что астероиды - это обломки десятой планеты, названной Фаэтоном и погибшей при какой-то космической катастрофе.

Внешние планеты Солнечной системы - Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун образуют внешнюю группу планет - гигантов Солнечной системы. Они по размерам, массе, составу и строению резко отличаются от планет земной группы.

Юпитер - самая крупная планета Солнечной системы. Ее радиус в 11 раз больше земного, а объем - в 1000 раз, Юпитер состоит преимущественно из газов. Его атмосфера толщиной 1000 км содержит в основном молекулярный водород, гелий, метан и аммиак. Из аммиака на Юпитере состоят облака. Температура внешних слоев находится в пределах 140-150^о К. Между небольшим твердым ядром и газообразной атмосферой располагается мощная самостоятельная оболочка, состоящая из жидкого металлического водорода. Твердая поверхность отсутствует. Быстрое вращение Юпитера (9 ч 55 мин) создаст мощное магнитное поле, на порядок превышающее земное. У Юпитера число спутников достигает 16. Четыре самые крупные из них были открыты Г. Галилеем еще в 1610 г. Это Ио, Европа, Каллисто. Радиус Ганимеда - 1892 км. На спутнике Ио, в основном сложенном твердым каменным материалом, открыто 8 действующих вулканов, извергающих, в отличие от земных (связанных с деятельностью CO₂ и Н₂О), расплавленную серу и сернистый газ SO₂. Другие внутренние спутники Юпитера, отстоящие от него на большее расстояние, - Ганимед и Каллисто - покрыты ледяной корой. На Ганимеде и Каллисто имеется множество ударных кратеров - следов метеоритной бомбардировки. А на Европе - огромные трещины и расколы.

Сатурн - вторая ПО величине после Юпитера планета в Солнечной системе. Ее радиус в 9 раз превышает земной. Его быстрое вращение с периодом около 10 часов приводит к сильному сжатию планеты у полюсов и является источником магнитного поля, превышающего земное. В экваториальной плоскости Сатурн окружен кольцами, состоящими из мелкого каменного материала, покрытого, вероятно, льдом. С кольцами связаны внутренние спутники Сатурна. Спутник Титан, радиус которого 2575 км, плотность около 1,3 г/см³, обладает протяженной атмосферой, состоящей из молекулярного азота с примесью метана и водорода. Энцелада, спутник Сатурна, состоит из замерзших газов. На нем обнаружены вулканы, выбрасывающие струи жидкости.

Уран и Нептун. Радиус Урана и Нептуна в 4 раза превышает земной. Кольца Юпитера и Сатурна состоят из мелких (до 10-15 м в диаметре) твердых частиц камня и льда. Уран и Нептун обладают относительно высокой плотностью и имеют соответственно 15 и 2 спутников.

Основные свойства планет Солнечной системы суммированы в таблице 1.

Таблица 1

Основные свойства Солнечной системы

Форма, размеры и рельеф Земли. Географические следствия

Формой и размерами Земли люди интересовались с древнейших времен. Первоначальные представления о форме Земли основывались на чувственном восприятии окружающего мира; Земля представлялась в виде плоского диска, окруженного широкой рекой - Океаном.

Ныне очевидный факт, что Земля имеет шарообразную форму, стал раз и навсегда установленным после кругосветного путешествия экспедиции Магеллана в 1519-1522 гг. Он подтвержден фотографиями, выполненными космическими кораблями и искусственными спутниками Земли. Однако, Земля - не идеальный шар, как это представлялось в VI в. до н. э. знаменитому древнегреческому математику Пифагору.

Первую догадку о шарообразности Земли высказали пифагориицы (VI в. д. н. э.), но доказать этого они не смогли. Очевидные доказательства шарообразности Земли привел греческий философ Аристотель (IV в. д.н.э.) в своих книгах "О небе" и "Метеорология". Его аргументы были следующие.

1. Постепенное "погружение" корабля за линию горизонте при уплытии от берега и его "всплывание" из-за горизонта при приближении к берегу;

2. Дугообразный вид линии горизонта и его расширение по мере восхождения в гору;

3. Круглая форма тени Земли при лунных затмениях;

4. Изменение высоты звезд при передвижении по Земле к северу или к югу.

Здесь же Аристотель сформулировал идею геоцентрической системы мира, т. е. Земля - неподвижный центр Вселенной, вокруг которой вращаются все звезды и планеты. Вплоть до Коперника (XVI в.) никому не удалось доказательно опровергнуть этого.

Другое крупное достижение в познании формы и размеров планеты связано с именем Эратосфена Киренского (III в. д.н.э), которому с невероятной для того времени точностью удалось рассчитать размеры Земли. Он измерил разность в углах падения солнечных лучей в полдень летнего солнцестояния между Александрией (дельта Нила) и Сиеной (нынешний Асуан), лежащей на северном тропике. Разделив расстояние между этими пунктами на разность углов падения солнечных лучей, получил длину дуги в один градус и длину окружности Земли, которая составила 39690 км, что всего на 319 км оказалась меньше истинной величины. Зная окружность Земли, несложно было вычислить радиус, площадь и объем планеты. Логика и ход рассуждений Эратосфена предельно ясны, просты и легко воспроизводимы, а, как известно, воспроизводимость эксперимента - главное требование к истинности научных высказываний.

Унаследованные от античности представления о форме и размерах Земли сохранились вплоть до XVII в., когда И. Ньютон на основе законов небесной механики доказал, что вращающаяся планета должна иметь форму не идеального шара, а эллипсоида вращения с осевым сжатием в 24 км, что незначительно отличается от его истинного значения (21,3 км).

Геодезические и астрономические исследования последующих столетий с применением более совершенной измерительной техники, в том числе и спутниковой показали, что форма Земли отличается и от идеальной фигуры (эллипсоида вращения, имеет только себе подобную форму, названную геоидом (от греч. "гео" - Земля, "ид" - подобный) (рис. 2). Установлено, что Земля сжата

Рис. 2. Эволюция представления о форме Земли (а)

и поверхность рельефа, сфероид и геоид (б)

не только по оси вращения, но и по экватору (наибольший и наименьший экваториальные радиусы отличаются на 210 м) и таким образом, Земля является не двух-, а трехосным эллипсоидом вращения. Кроме того, планета несимметрична и по отношению к экватору: южный полюс расположен ближе к экватору, чем северный. Если же учесть расчлененность рельефа Земли (высочайшие горы и океанические желоба), действительная форма Земли окажется еще более сложной.

Следовательно, геоид - воображаемая уровенная поверхность планеты, которая совпадает с уровнем воды Мирового океана, от которого ведется отсчет высот и глубин и как бы "срезает" континенты. Отступления поверхности геоида от равновесного эллипсоида незначительны, но прослеживаются повсеместно: в Мировом океане геоид выше эллипсоида до +120 м; Азия и Северная Америка лежат ниже, соответственно на -160 м и -97 м; Европа и Африка превышают эллипсоид до +130 м и т. д. Все эти отклонения от равновесной фигуры имеют существенные геологические следствия: трехосность создает в земной коре и в теле планеты напряжения, стремящиеся к выравниванию фигуры, стимулируя восходящие и нисходящие движения земной коры в разных частях планеты.

С учетом всех этих обстоятельств в настоящее время приняты следующие размеры геоида:

экваториальный радиус - 6378,245 км

полярный радиус - 6356,863 км

полярное сжатие - 1/298 или 21,36 км

экваториальное сжатие - 1/30000 или 213 м

Из лих исходных данных выводится ряд производных показателей Земли:

длила меридиана - 40008,5 км

длина экватора - 40075,7 км,

площадь поверхности - 510083000 км²,

объем - 1083х10¹²км³,

масса - 6x10²⁷ г

Зная объем и массу, можно определить и среднюю плотность Земли, которая составляет 5,52 г/см³, что в 5,5 раза выше плотности воды. Средняя плотность поверхностных горных пород равна 2,8 г/см³, что значит в недрах Земли плотность вещества в несколько раз превышает средний показатель.

Ускорение свободного падения тел на поверхности Земли меняется от 978 см/с² на экваторе до 983 см/с² на полюсах и зависит от центробежного ускорения, создаваемого вращением планеты (3,4 см/с²), которое на полюсах обращается в ноль. В разных точках Земли наблюдаются отклонения ускорения свободного падения (гравитационные аномалии), которые могут достигать нескольких сотен см/с². Это явление лежит в основе гравиметрического метода исследования земной коры, что нередко приводит к открытию месторождений полезных ископаемых.

Влияние формы, размеров геоида совместно с его осевым вращением исключительно велико на природу поверхности нашей планеты.

1.Выпуклая форма геоида меняет протяженность видимой линии горизонта (L, км) в зависимости от высоты точки наблюдения (h, м) согласно

L = 3,86 √h

2. Объективно определяются две постоянные точки - полюсы. Это позволяет построить координатную сетку, т. е. систему параллелей и меридианов, лежащей в основе геодезии и картографии.

3.Меняется линейная скорость движения точек на поверхности (V, м/сек) в зависимости от широты местности (φ, град.), согласно V =V_ocos φ, где Vo - линейная скорость точки на экваторе, 464 м/сек.

Благодаря этому меняются и центробежные силы, как на поверхности, так и в недрах Земли, что приводит к перетокам подкорового вещества и тектоническим деформациям литосферы. По некоторым данным широты 30˚ и 60˚являются критическими для колебаний литосферы, где формируются тектонически активные зоны.

4. От шарообразной формы Земли зависит еще одно важное для понимания хода экзогенного рельефо- и породообразования явление - неравномерность поступления солнечной энергии по широтным поясам в зависимости от угла падения солнечных лучей. Интенсивность потока солнечной энергии I_α, падает от экватора I₀ к полюсам в зависимости от угла падения солнечных лучей α, согласно I_α = I₀ sinα.

5. Выпуклая форма Земли в сочетании с суточным вращением вызывает отклонение движущихся по ее поверхности тел (течения, реки, ветры и т. д.) в северном полушарии вправо, в южном - влево (Кориолисово ускорение). Численно Кориолисово ускорение (F) зависит от скорости (V), массы (m) движущихся тел и широты местности (α):

F = 2Wmv.sinα

где W - угловая скорость вращения шара, 7,29 10^-5 С^-1 .

В частности, под влиянием этого явления в северном полушарии более интенсивно подмываются правые берега рек, в южном - левые (закон Бэра)

Одной из характерных особенностей Земли является то, что 70,8% ее поверхности (361 млн. км²) покрыто океанами и морями. Жидкая оболочка Земли называется "гидросферой" (греч. "гидор" - вода, "сфера" - шар). Наибольшая ее толщина около 11 км. Гидросфера включает в себя все природные воды: океаны, моря, реки, озера, а также подземные водоносные горизонты.

Другая характерная особенность нашей планеты заключается в следующем. Если выразить графически рельеф материков и дна океанов в качестве различных ступеней общего рельефа Земли, получится так называемая "гипсографическая (греч. "гипсос" - высота, "графо" - пишу) кривая" земного шара (рис. 1). Из ее анализа следует, что континенты уступают океанам по площади, и их поднятие над уровнем моря невелико по сравнению с глубинами океанов. На суше высоты менее 1000 м составляют 75% площади; средняя высота континентов над уровнем моря +870 м. В Мировом океане преобладают глубины от 3000 до 6000 м; средняя глубина океанов - 3800 м.

На суше и океаническом дне с определенной закономерностью расположены горы и горные системы. На суше это – ш и р о т н ы й Средиземноморский и м е р и д и о н а л ь н ы е - Западно- и Восточно-Тихоокеанский линейные горные пояса. Средиземноморский пояс начинается на западе горами Атласа (Северная Африка) и продолжается на восток, включая горные цепи Пиренеев, Альпы, Аппенины, Балканские, Карпатские, Крымские, Кавказские горные системы, Памир, Гималаи (до Малайского архипелага). Западно-Тихоокеанский пояс охватывает горные сооружения Чукотки, Камчатки, Курильских островов, Сахалина, Японии и другие вплоть до Австралийских Кордильер. Восточно-Тихоокеанский пояс включает горные образования Кордильер Северной и Южной Америки.

В середине ХХ в. с помощью эхолотов, автоматически измерявших глубину океанического дна, была составлена подробная карта его рельефа. На дне океанов выделяются: пологая материковая отмель, или шельф (англ. “shelf” - отмель), - до глубин 200 м; крутой континентальный склон - до глубин 2500 м; океаническое ложе и узкие глубоководные желоба.

Ложе океанов представлено почти гладкими равнинами, занимающими около 76% площади Мирового океана. Они осложнены возвышенностями, валами и горными хребтами. Высота последних изменяется от первых сотен до нескольких тысяч метров. Местами и над водной поверхностью океанов выступают островками отдельные конусообразные вершины или цепочки таких гор. Наиболее высокими из них являются Азорские острова в Северной Атлантике. Высота их составляет 2500 м - относительно водной поверхности и около 9000 м относительно дна океана.

В Атлантическом океане почти на равном расстоянии от Американского континента и Европы и Африки обнаружен простирающийся с юга на север горный хребет, названный Срединно-Атлантическим. Он возвышается над дном океана почти на 3 км. Ширина хребта исчисляется сотнями километров. Подобные хребты выявлены в Индийском, Тихом и Северном Ледовитом океанах. По своей протяжённости, ширине и высоте они не уступают складчатым горным поясам материков. Вдоль осевых частей хребтов, приравненных к срединно-океаническим, протягивается глубокая (до 3 км) и широкая (25-50 км) трещина - рифт (англ. “rift" - ущелье, расселина).