ЛЕКЦИЯ 1
ВВЕДЕНИЕ.
ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ В КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ.
Науки о земле, их
предмет и задачи
Планета Земля в космическом пространстве. Строение Солнечной
системы.
Форма, размеры и движения Земли и их
природно-экологические следствия.
Влияние космических
процессов на развитие Земли
Науки о земле, их предмет и задачи
«Науки о Земле» относят к разряду естественных наук. Вряд ли можно указать
все число наук, изучающих Землю. И давно сложившиеся, и совсем молодые,
появившиеся недавно науки, принято объединять под общим названием «Науки о
Земле».
Науки о Земле –
комплексная междисциплинарная область
знаний, которая пытается дать общее представление о взаимосвязи естественных
природных систем в их неразрывной связи.
Природа есть всеобщая система,
состоящая из:
а) естественных, в том числе
измененных человеком предметов и явлений;
б) технических сооружений,
которые по своим свойствам влияют на естественную среду (плотины,
водохранилища, лесополосы, город)
в) человека, как биологический вид.
Компоненты
природы - это части природы, однородные по своему агрегатному составлению, а также
по наличию или отсутствию жизни. К компонентам природы относятся: (по
увеличению плотности)
- межзвездный газ (атомарный
водород)
- межпланетный ионизированный газ
(плазма)
- обычные газы (02, NH3, С02 – молекулярные)
- жидкости (присутствуют только на
земле – Н2О: снег, лед, вода, пар).
- вещество земной коры (горные
породы)
- вещество мантии
-вещество ядра
- органо-
минеральные смеси (биокосное вещество нашей планеты -
почва)
- растения и животные
- технические сооружения.
Компоненты природы, взаимодействуя
друг с другом, образуют природно -территориальные комплексы (ПТК)
Под ПТК понимают закономерное
сочетание природных компонентов (рельеф, воздух, массы, воды, сообщества животных
организмов), которые образуют целостную
материальную систему.
Каждый из компонентов ПТК изучается
соответствующей наукой:
1)
Положение Земли во Вселенной – геодезия;
2)
земная кора – геология, геохимия;
3)
рельеф – геоморфология, география;
4)
воздушные массы – метеорология, климатология;
5)
водные массы - гидрология, океанология;
6)
а) растения-ботаника, фитоценология, география
растений;
7)
б) животные-зоология, биоцеонология, экология.
Объединяющей дисциплиной для всех
наук о Земле является общее землеведение.
В перечень обязательных дисциплин,
образующих цикл «Науки о Земле» входят: общая геология, гидрогеология,
почвоведение, климатология и метеорология, ландшафтоведение и т.д. Все они
изучают геосферы (оболочки) или природные системы Земли как планеты.
К геосферам Земли относятся:
ядро и мантия
литосфера
гидросфера
атмосфера
биосфера.
Геосферы Земли есть следствие ее развития как планеты. После образования
твердой оболочки Земли и ее охлаждения появилась в жидком виде вода и стала
формироваться гидросфера. В атмосфере появился кислород, что дало толчок
зарождению жизни на Земле. Сейчас можно утверждать, что вода в океанах и
атмосфера – «дочери» земных недр. Именно в такой последовательности, отвечающей
истории развития геосфер, причинно-следственных связей их возникновения и
взаимодействия целесообразно изучать дисциплины данного цикла.
Каждая из выше названных геосфер – мантия, литосфера, гидросфера, атмосфера
– не может существовать отдельно. Согласно общеметодологическому принципу
системности и причинности все геосферы находятся во взаимосвязи и
взаимообусловленности.
Исходя из этого построена логическая
цепь причинно-следственных связей природных систем, геосфер Земли, предложенная
А.А. Лукиным и С.С.
Гудымовичем в 1982
году. На основе некоторых общенаучных принципов системности и причинности
выведены критерии соподчинения геосфер между собой и с космосом в отношении
«причина – следствие» при их взаимодействии в истории развития Земли. Модель
отражает все логическое множество прямых (воздействие причин на следствие) и
обратных (следствия на причину) причинных связей природных систем (рис. 1).
В основе модели лежит соподчинение геосфер по соотношению массы и времени
их образования. Согласно основному принципу причинности в этом взаимодействии
большая система «управляет» меньшей. Наиболее «могущественной» системой
является космос во всем многообразии воздействия его на Землю. Следующей в
схеме-модели выступает Земля с ее грави- и магнитосферами как единая система (рис.1).
Из этой модели следует, что эндогенные (внутренние) факторы Земли являются
доминирующими для внешних оболочек, а сами эндогенные процессы – следствиями
взаимодействия Земли с космосом. Модель соподчинения геосфер Земли позволяет
научно определить название и последовательность изучения основных разделов
дисциплины «Науки о Земле».
Соотношения геосфер и изучающих их наук о Земле отражено в табл. 1.
Выделить специальную дисциплину, изучающую литосферу, пожалуй, нельзя. Все
протекающие в этой твердой оболочке процессы с давних пор являются предметом
внимания геологии. Термин «геология» произошел от слияния двух греческих
слов: «гео» – земля и «логос» – знание,
наука. Она является фундаментальной наукой о Земле, включающая в себя множество
взаимосвязанных областей исследования:
ü о веществе
земной коры (геохимия, минералогия, петрография),
ü о строении
коры (геофизика, структурная геология, геотектоника),
ü об истории
развития ее (палеонтология, историческая геология, палеоботаника).
ü Водные
покровы Земли изучает гидрология.
ü Воздушная
оболочка планеты «подвластна» метеорологии: она познаетфизические
явления и процессы, происходящие в атмосфере.
Казалось бы биосфера должна относится к введенью
биологии. Но, по словам В.И. Вернадского, «биосфера не есть только так
называемая область жизни». Биосфера – это совокупность частей земных
оболочек (лито-, гидро -и
атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием
и занята продуктами их жизнедеятельности. С одной стороны, -это
среда жизни, с другой – результат жизнедеятельности живых организмов.
Биосфера – глобальная система. Она не образует сплошного слоя с четкими
границами. Она как бы «пропитывает» другие геосферы Земли, охватывая всю
гидросферу, верхнюю часть литосферы (2–3 км), нижнюю часть атмосферы (25 км). В
пределах этой зоны жизни взаимодействуют: солнечная энергия, вода, горные
породы, живое вещество. Такая
сложная взаимосвязь и обеспечивает устойчивость жизненных процессов в биосфере.
«Жизнь правит бал и в воздухе, и в воде, и на поверхности планеты, в самой
тверди земной» (Вернадский, 1989). Поэтому изучать ее должен целый комплекс
различных наук, объединяемый биологией и экологией.
Таким образом, предметом изучения дисциплины
«Науки о Земле» является исследование взаимосвязи геосфер как единого целого
планеты Земля.
Цель цикла дисциплин «Науки о Земле» – целостное
и системное изучение строения, функционирования и развития Земли, а комплексная
оценка и рациональное использование ее ресурсов как важнейшее условие
устойчивого существования человека на Земле.
Таблица 1
Соотношение геосфер и наук о Земле
|
Геосферы |
Науки и направления |
Определения |
|
Тектоносфера (литосфера и верхняя мантия) |
Геология 1. Геотектоника, вулка- нология и геодинамика 2. Историческая геоло- гия 3. Геофизика 4. Геохимия, минера- логия, петрография 5. Прикладная геология |
Наука о строении Земли, ее
происхождении и развитии, основанная на изучении горных пород литосферы и
глобальных геофизических полей 1. Науки о динамике Земли (тектонические движения, магматизм, деятельность морей, рек, подземных
вод, лед- ников, ветра и т.д.) 2. Наука об истории развития Земли
с мо- мента ее образования до настоящего
времени (стратиграфия, палеонтология,
формационный анализ и т.д.) 3. Наука о физических полях Земли 4. Науки, изучающие состав Земли на разных уровнях (атомном,
минеральном и по- родном) 5. Наука о практическом
использования недр нашей планеты (инженерная
геология, месторождения полезных ископаемых
– угля, нефти, газа, строительных
материалов и т.д.) |
|
Геоморфосфера |
Геоморфология |
Геолого-географическая наука о
формах земной поверхности (рельефе) |
|
Гидрогеосфера (подземная гидро- сфера) |
Гидрогеология |
Наука о подземных водах |
|
Гидросфера |
Гидрология |
Наука о поверхностных водах |
|
Атмосфера |
Метеорология и клима- тология |
Наука о физических процессах и
явлениях в атмосфере |
|
Педосфера (верхняя почвен- ная оболочка суши) |
Почвоведение |
Наука о происхождении, свойствах и
ра- циональном использовании
почв |
|
Биосфера |
Биология и экология |
Науки о взаимодействии биоценоза
(про- дуцентов, консументов, редуцентов) и биото- па, человека и Природы. |
В дисциплине «Науки о Земле» существует более ста различных специализаций. Одни из них тесно связаны с химией (геохимическое направление),
другие – с физикой (геофизическое направление), третьи с биологией
(палеонтологическое и палеобиологическое направления), четвертое – с
математикой и кибернетикой (компьютерное моделирование геологических
процессов), пятые – с астрономией и астрофизикой (космическая геология) и т.д.
Из прикладных наук геологии следует отметить наиболее экологическую инженерную геологию (табл.1). Нельзя
построить здания, мосты, плотины, атомные станции, дороги, аэродромы и т.д., не
зная геологических условий места строительства. Сложным является строительство
в зоне вечной мерзлоты, занимающей более 60% площади России. Задачей инженерной
геологии является обеспечить устойчивость и функционирование зданий и
сооружений в сложных геологических условиях.
В недрах Земли находятся залежи полезных ископаемых, вопросами поиска
которых занимается геология. Длительная и интенсивная добыча отдельных видов
минерального сырья привела к истощению многих месторождений. Актуальной
является проблема взаимодействия человека с природой при производстве геологоразведочных
работ и добыче полезных ископаемых.
Можно выделить две наиболее важные проблемы, связанные с рациональным
отношением к минеральным ресурсам и соблюдением экологической безопасности:
1) разработка эффективных и экологически чистых способов извлечения ценных
компонентов из земных недр таким образом, чтобы экологические нарушения
оказались наименьшими;
2) использование обедненных руд и облагораживание экологической обстановки
на рудниках, шахтах, горных карьерах.
Правильное решение прикладных геологических и экологических задач требует
глубокого знания общих закономерностей строения и развития отдельных геосфер.
Знание происхождения и эволюции Земли, ее строения и состава во взаимодействии
с внешними оболочками – водной (гидросферой) и воздушной (атмосферой), а также
с внутренними оболочками – земным ядром и мантией – составляет необходимое
звено экологического мировоззрения. Оно позволяет понять, как в истории Земли
осуществлялся переход от неживого к живому, от
неорганического к органическому, как эволюционируют живые системы и т.д.
Общим для всех компонентов природы
являются физические и химические процессы и явления, связывающие их в единую
целостную систему, обладающую следующим набором свойств: она открыта для
взаимодействующих потоков вещества, энергии и информации, развивается при
определенных параметрах энергетических сил на земной поверхности и
антропогенного воздействия.
В дальнейшем, возникает следующий
уровень организации природы – геосистема - она охватывает
биогенные и абиогенные компоненты природы и их взаимосвязи.
Экосистема - это геосистема, в которой существенную роль играют биокомпоненты, которые ограничиваются жизненным
пространством или оборотом органических веществ, а неживые компоненты рассматриваются
лишь как способ формирования условий существования организма.
Особенностью естественных процессов
в природе является их направленность, т.е. эволюционное развитие
естественных объектов на протяжении всей истории Земли проходило как
закономерный упорядоченный процесс. Каждому этапу истории Земли соответствовал
определенный набор компонентов природы, который отличается высокой степенью
организации.
Все процессы, протекающие в
естественных условиях происходят либо с поглощением, либо с выделением энергии,
т.е. все естественные процессы имеют энергетическую
основу, который складывается из 3-х видов энергии:
1)
космические источники энергии - галактические,
гравитационные силы, воздействие звездного света, излучение центра галактики и
т д.
2)
экзогенные источники энергии - солнечная энергия,
воздействие Луны. Солнечная энергия, поступающая на Землю, складывается из
коротковолновой солнечной радиации, потока частиц (солнечный ветер),
электромагнитных излучений.
Основная масса тепла, поступаемого на Землю поглощается атмосферой и гидросферой
(затрачивается на испарение, выпадение осадков, движение воздушных масс,
океанских волн и течений). Энергия, поглощенная поверхностью суши, расходуется
на тепловые и химические процессы Земли. Энергия Солнца, поглощенная биосферой
(процессы фотосинтеза) образует биомассу животных и растений;
Луна воздействует на естественные
процессы своими гравитационными силами, вызывая приливы-отливы, перемещение
масс внутри Земли, а так же оказывает
психическое воздействие на состояние человека.
3)
Эндогенная энергия – источниками внутренней энергии
Земли является тепло, вызываемое распадом радиоактивных элементов (уран,
торий); кроме того, тепло выделяется при сжатии
Земли (при ее вращении), за счет химических реакций, а также в момент приливного
трения Земли (вещество мантии).
Планета Земля в космическом пространстве.
Строение Солнечной
системы.
Вселенная – весь мир
бесконечный, безграничный и многообразный.
Метагалактика - видимая часть Вселенной, наша галактика -
Млечный Путь – является системой, включающей в себя 10 млрд. звезд, газовые и
пылевые туманности, межзвездное вещество, отдельные атомы и частицы.
Солнечная система – включает
звезду Солнце и 8 планет: Солнце – это естественный природный термоядерный
реактор, в недрах которого в огромном масштабе идет превращения водорода (70%)
в гелий (29%) (1 атом Н в 4 атома Не) при этом
выделяется огромный поток элементарных частиц
(протоны, нейтрино, гамма-лучи, кванты).
Параметры солнечной системы
следующие:
1) диаметр
солнца равен 1,4 млн. км;
2) расстояние
от солнца до Земли равно 1 астрономической единице (а.е.) 149, 6 млн. км;
3) расстояние
от Солнца до самой удаленной планеты Солнечной системы – Плутона – 39,4 а.е.;
4) расстояние
до Облака Оорта (внешней границы Солнечной системы)–
100 000 – 150 000 а.е.
Планеты Солнечной системы – это четыре планеты земной группы – Меркурий, Венера, Земля, Марс и
четыре планеты гиганта – Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун (рис.
1, табл. 2). Помимо Солнца и планет в
состав Солнечной системы входят спутники
планет, астероиды (малые планеты), кометы, метеориты.
Наглядное представление о размерах Солнечной системы можно получить, если
представить Солнце в виде крупного апельсина диаметром 10 см, тогда в 10 м от
него увидим маковое зерно – Землю, в 3
м. – пол кусочка макового зерна – мелкую Меркурий и в 50 м – крупную вишню - Юпитер.
Граница Солнечной системы (Облако
Оорта) будет находиться на расстоянии 1,0 –1,5 тыс. м
от нашего апельсина.
Солнце – это звезда спектрального класса
G 2, каких много в нашей Галактике.
Солнце является постоянным источником тепла и света на Земле. Температура на
поверхности слоя яркого свечения равна 55000С, в центре, вероятно достигает 15 000 0000 С. Солнце гудит
как колокол. Частота звуковых волн низка для человеческого уха, но приборы ее
улавливают. Химический состав вещества на Солнце
следующий: водород – 73% (по массе), гелий – 25%, остальное – кислород,
углерод, железо и т.д. Источник энергии Cолнца
– термоядерная реакция слияния ядер водорода с образованием ядра гелия. Газы
оказываются в сильно сжатом состоянии и имеют плотность в 14 раз больше, чем
свинец. Солнце имеет сильное магнитное поле, полярность которого меняется
каждые 11 лет. Одиннадцать лет – цикл
солнечной активности. На поверхности солнца также происходят локальные вспышки
по 22 – летним циклам. Они соответствуют периодичности изменения полярности
магнитного поля Солнца.
От солнца во все стороны радиально исходит солнечный ветер - поток плазмы, состоящий в основном из протонов и
электронов. Вблизи Земли скорость частиц солнечного ветра равна 300-700 км/с.
Магнитное поле Земли отклоняет большинство частиц, но часть их вблизи магнитных
полюсов попадает в верхние слои атмосферы, заставляя их светится. Это полярное
сияние.
Предположительно, солнце будет светить около 7 млрд. лет, пока весь водород
не превратиться в гелий. Тогда звезда вздуется, превратится в красного гиганта,
а затем станет белым карликом. Интересно, что солнечный свет, падающий сейчас на
Землю, покинул светило 8 минут назад, а отраженный от Луны попадает к нам всего
за 1,3 секунд.
Меркурий – ближайшая к Солнцу безатмосферная планета с диаметром, равным 0.38 диаметра
Земли. Поверхность Меркурия днем
нагревается от + 2500 до +
450 0 С, а ночью охлаждается до – 170 0
С. Средняя плотность Меркурия такая же, что у Земли, что свидетельствует о том,
что у этой планеты есть железное ядро. Большая часть поверхности Меркурия
испещрена ударными кратерами метеоритов размером от 50 до 100 км в поперечнике. На снимках 1974 года местами наблюдаются
молодые равнины, по- видимому, образовавшиеся при излиянии базальтовых лав.
Венера – вторая от Солнца планета, которую
за сходство по размерам с Землей, часто называют ее «сестрой». Венера вращается
в обратную сторону вокруг своей оси, отличную от вращения Земли и других
планет. Венера окутана очень плотной углекислой атмосферой, вследствие чего на
поверхности нет суточных и сезонных колебаний температуры. Атмосферное давление
на поверхности Венеры 96 кг/см2 (на Земле 1
кг/см2), температура около +500 0 С. В этих условиях
жидкая вода существовать не может, водяного пара в атмосфере Венеры тоже мало.
На высоте 50–70 км от поверхности находится слой облаков из капелек
концентрированной серной кислоты. С востока на запад дует ураганный (100–140
м/с) ветер. Венера близка к Земле по массе, а значит, и по средней плотности
(табл. 2). Однако собственного магнитного поля у Венеры нет. Большая часть
поверхности Венеры – это равнины, горы занимают 15% поверхности.
Земля – это третья от Солнца планета,
место, где мы живем. Это уникальная планета во Вселенной, т.к. на ней
единственной, есть жизнь. Существование на Земле органического мира – одно из
главных отличий нашей планеты от остальных планет Солнечной системы, а возможно
и не только ее. До настоящего времени все попытки обнаружить признаки внеземной
жизни оказались тщетными.
Марс четвертая от Солнца планет. Марс
гораздо меньше Земли. Солнечные сутки на Марсе – 24 ч. 37 мин. Плоскость
экватора планеты наклонена к плоскости ее орбиты почти так же, как и у Земли.
Это определяет наличие сезонов в климате Марса.
У Марса есть углекислая атмосфера, но она разряженная, давление у
поверхности всего 0,003–0,010 кг/см2 ,
поэтому нет жидкой воды – она либо испарится, либо замерзнет. На экваторе Марса
максимальные дневные температуры могут достигнуть + 2500С, но в
ночное время опуститься до – 900C. В атмосфере Маркса, кроме белых
облаков из кристалликов льда и твердой углекислоты иногда наблюдается желтые
облака – это пылевые бури.
На поверхности Маркса выделяются два типа местности – возвышенности (в
южном полушарии) и равнины (в северном полушарии). В ранней истории Марса
(около 4 млрд. лет назад), вероятно был период, когда атмосфера была более
плотной, шли дожди, текли реки, которые впадали в озера и моря. Не исключено,
что в этот период на Марсе была примитивная жизнь. А поскольку падение на Землю
метеоритов – это почти установленный факт, не исключено, что когда-то эти
метеориты занесли на Землю марсианские микроорганизмы. Может быть
Сванте Аррениус был прав, говоря о том, что жизнь на
Землю была занесена извне. Эта гипотеза была предложена шведским ученым физиком
С. Аррениусом в конце XIX в. и известна под названием «гипотеза панспермии».
Она предусматривала занос спор микроорганизмов, рас-
сеянных по всей Вселенной, на Землю, где они дали начало разнообразному
органическому миру. В настоящее время никаких бактерий или вирусов в космосе до
сих пор не обнаружено, но органические химические соединения найдены в
метеоритах и, особенно в веществе кометы Галлея.
Недра планеты Марс к настоящему времени сильно остыли, а запасы воды в виде
льда сосредоточены под прочной литосферой.
Четыре планеты – гиганта и планета Плутон нами не рассматриваются. Таким
образом, общей чертой планет земной группы является их относительно высокая
плотность (3,34 – 5,52 г/см3). Это указывает на то, что они сложены
преимущественно твердым каменным материалом.
Содержание газов, образующих атмосферы планет очень мало, или совсем нет,
как у Меркурия и Луны. Там же нет совсем воды. На Венере в малых количествах
вода присутствует в виде пара в атмосфере, а на Марсе вода находится в
замороженном состоянии. На Земле вода может находиться в жидком, парообразном и
твердом состояниях.
Малые тела – астероиды и кометы – это
малоизмененные представители того вещества, из которых образовались планеты.
Некоторые астероиды и кометы пересекают орбиту Земли, например, группы Аполлон,
сталкиваются с ней. Из геологической летописи мы знаем, что такие столкновения
опасны для биосферы Земли.
Астероиды – это сравнительно небольшие
твердые тела. Они также как и планеты, вращаются вокруг Солнца между орбитами
Марса и Юпитера, образуя пояс астероидов. Астероиды – это источник падающих на
Землю метеоритов – «парящих в воздухе». Ежегодно на Землю падает до 10 000 т
космического вещества, но главным образом, пыль. Частицы пыли нагреваются до
температуры более 10 0000С, либо сгорают, либо достигают Земли. Их в
Антарктиде найдено в настоящее время около 20 000 штук. По химическому составу
метеориты близки к ультраосновным и основным магматическим горным породам. Они
свидетельствуют о том, что Луна, Марс, сложены из того же вещества, что и
Земля. В научных журналах есть данные, что в метеоритах обнаружены
микроорганизмы (грибы, цианобактерии и т.д.).
Кометы приходят с периферии Солнечной
системы в ее внутреннюю часть. Здесь у них образуются светящая
«кома» и «хвост». Мы их видим не- вооруженным глазом.
«Кома» - это облако газа и пыли, а ядро «комы» размером от 1 до 20 км в
поперечнике, состоит из смеси льда и пыли. Кометы движутся вокруг Солнца по
сильно вытянутым орбитам с периодом вращения около 200 лет.
Рис.1. Планеты Солнечной системы
Таблица 2
Сведения о планетах
|
Планеты |
Меркурий |
Венера |
Земля |
Марс |
Юпитер |
Сатурн |
Уран |
Нептун |
Плутон |
|
Среднее расстояние от Солнца, млн км а. е. |
58 0,39 |
108 0,72 |
149.6 1,00 |
227,9 1,52 |
778:3 5,2 |
1427 9,54 |
2870 19.18 |
4497 30,06 |
59 13 39,53 |
|
Период обращения во- круг Солнца |
88 сут |
225 сут |
365 сут |
687 сут |
11,86 лет |
29,5 лет |
84 года |
165 лет |
248 лет |
|
Наклон орбиты к плос-
кости орбиты Земли, град. |
7 |
3,4 |
0 |
1,85 |
1,3 |
2,49 |
0,77 |
1,77 |
17,15 |
|
Период вращения |
58.65 сут |
243 сут |
24ч |
24,62 ч |
9,92ч |
10.5 ч |
17.24ч |
16,1 1 ч |
6,4 сут |
|
Наклон экваториальной плоскости
к плоскости орбиты, град.* |
-0 |
177,3 |
23,27 |
23,98 |
3,12 |
26,73 |
97,72 |
28.8 |
122,46 |
|
Диаметр, км |
4878 |
12100 |
12756 |
6778 |
142924 |
120536 |
51118 |
49532 |
2274 |
|
Масса, г
* * |
3,3(26) |
4,9(27) |
5,98 (27) |
6,4(26) |
1,9(30) |
5,68 (29) |
8,63 (28) |
1.02(29 ) |
1.25(25) |
|
Средняя плотность, г/см' |
5,44 |
5.3 |
5,5 |
3,9 |
1,33 |
0,687 |
1,32 |
1,64 |
2,05 |
|
Состав |
Силикаты, железо |
Силика- ты, же- лезо |
Сили- каты, железо |
Сили- каты, железо |
Н2,
Не, силика- ты |
Н2,
Не, сили- каты |
Н2,
Не, сили- каты |
Н2,
Не, Н2О, сили- ка-ты |
Льды, силика- ты |
|
Атмосфера |
Нет |
Мощная СО2,
N2 |
N2, 02 |
Разре- жен- ная, С02 |
Мощ- ная, Н2, Не |
Мощ- ная, Н2, Не |
Мощ- ная, Н2, Не |
Мощ- ная, Н2, Не |
Разре- женная N2, СН4 |
|
Магнитное поле |
Есть |
Нет |
Есть |
? |
Есть |
Есть |
Есть |
Есть |
? |
|
Спутники |
Нет |
Нет |
1 |
2 |
16 |
17 |
15 |
8 |
1 |
Форма, размеры и движения Земли и их
природно-экологические следствия.
Представления человека о форме и
размерах Земли эволюционировали вместе с развитием взглядов человечества на окружающий мир, и
здесь выделяют несколько этапов:
I этап – до V - IV в до н. эры
– Земля это диск окруженный со всех сторон Океаном.
II этап - V – IV в. до н. э.
– «Пифагорейцы» путем рассуждений и умозаключений предположили, что Земля, как
идеальное место проживания человека, должно иметь шарообразную форму (шар – в
геометрии это идеальная фигура). Чуть позже Аристотель привел три доказательства в пользу
шарообразности Земли: 1) линия горизонта при поднятии в гору приобретает
округлую форму, особенно у побережья; 2) корабль
приближаясь или удаляясь от берега не сразу, а постепенно появляется из-за
линии горизонта; 3) форма Земли во время лунного затмения имеет шарообразную
форму.
III этап– 17 в. –
Ньютон и Гюйгенс доказывают, что Земля это не шар, а сфероид или эллипсоид, так
как Земли - это вращающееся тело, то ее фигура будет растянута по экватору и
сплюснута на полюсах (полярные сжатия составляют
IV этап– 20 в. – С
помощью точных приборов и фотографий из космоса были измерены поверхность,
масса и объем Земли. Выяснилось, что фигура Земли определяется не только силами
тяготения и вращения, но и благодаря распределению в ее теле тяжелых и легких
горных пород, меняется плотность вещества в ней: в местах скопления тяжелых
пород поверхность фигуры отступает к центру, а там где скопились легкие горные
породы – от центра. Как следствие этих процессов, фигура Земли не совпадает не
с одной математической фигурой. Она строго индивидуальна и получила название –
геоид.
Современные размеры Земли:
Средний радиус Земли -
Экваториальный радиус -
Полярный радиус -
Полярное сжатие -
Площадь Земли - 510200000 км2
Площадь суши - 149 млн. км2
Площадь океана - 361 млн. км2
Масса Земли - 621 тонн
Плотность вещества Земли – 5,5 г/см3.
Наша Земля совершает
около 11 видов движения в пространстве важнейшим из них является 3 вида:
1.суточные вращения земли вокруг
своей оси.,
2.годовое обращение вокруг Солнца,.движение вокруг общего
центра тяжести системы Земля-Луна.
Суточное вращение и его
природно-экологические следствия: вращение
Земли вокруг свой оси происходит с запада на восток против часовой стрелки.
Сутки – это период
прохождения точки через меридиан наблюдения (они равны 23 часа 56 минут 4 сек).
Следствие:
1. Вращение Земли дает основную
единицу времени – сутки.
2. Происходит смена времени суток –
утро, день, вечер, ночь.
3. Создается благоприятные для жизни
смена нагрева и охлаждения земной поверхности, что влияет на биологические
часы, биоритмы организма и оказывает влияние на биосферу.
4. Объективно выделяются на
поверхности Земли две не участвующие в движении точки – это Северный и Южный
полюса. Через них, через центр Земли проходит ось вращения.
5. Наличие полюсов позволяет
построить на поверхности Земли сеть координат:
а) экватор – это большой
круг, образованный плоскостью, проходящей через центр Земли и равноудаленный от
северного и южного полюса. Экватор делит Землю на два полушария, Северное и
Южное;
б) параллели – это круги
параллельные экватору. Удаленность параллелей, а также любой точки от экватора,
в градусах называется географической широтой (в северном
полушарии – северная широта, в южном полушарии - южная). Счет параллелям идет
от 00 на экваторе до 900 на полюсе:
в) меридианы – это дуги
большого круга, соединяющие полюса. Географической долготой - называется расстояние, выраженное в градусах от
начального меридиана. Условный счет географической долготе делит Землю на два
полушария – Западное и Восточное. Нулевой меридиан был выбран субъективно, он
происходит через пригород Лондона – Гринвич. От 00 до 1800
– восточная долгота, от 1800 – 3600 – западная долгота.
6.Вращение Земли вокруг своей оси
вызывает отклонение всех движущихся тел, на ее поверхности и в недрах, от
начального направления - в северном полушарии вправо, в южном полушарии -
влево. Это сила отклоняющая пути движения тел получила
называние силы Кориолиса. Действию этой силы подвержены все движущиеся объекты
на поверхности Земли: ветра, морские течения, текучие воды, расплавленое
вещество в недрах Земли и т.д.
Оборот Земли
вокруг Солнца дает вторую основную единицу времени –1 год. Полный оборот Земля
совершает за 365 дней 6 часов 9 мин 9сек.
Орбита – это путь
годичного движения Земли, ее длина составляет 940 млн
км, средняя скорость движения Земли – 29,8 км/сек.
Главным следствием вращения Земли
вокруг Солнца является смена времен года.
Смена времен года вызвана обращением Земли вокруг Солнца. Времена года
меняются потому, что земная ось наклонена относительно перпендикуляра к
плоскости земной орбиты на угол 23,50. Количество солнечного тепла,
получаемого Землей в разные месяцы неодинаково. Пока наша планета совершает
свой путь в течение года по орбите, Северное полушарие Земли оказывается
повернуто то к Солнцу, то от Солнца. Когда Северное полушарие развернуто к Солнцу,
то тогда здесь наступает лето. Дни
стоят длинные и жаркие, а некоторое время Солнце за полярным кругом вообще не
заходит. Так называемое летнее солнцестояние наблюдается в Северном полушарии
21июня – это самый длительный день в году.
А зимой, когда Земля оказывается
уже по другую сторону Солнца, Северное полушарие повернуто от Солнца, что
вызывает падение температуры. Зимнее солнцестояние приходится на 21 декабря –
самый короткий день в году.
В некоторых областях Земли четыре времени года не выражены. На экваторе
всегда жарко, т.к. здесь солнечные лучи падают под прямым углом целый год. В
приполярных зонах постоянно холодно.
У Земли есть естественный
единственный спутник – Луна. Она по одной из гипотез
образовалась из обломков, которые постепенно притянулись друг к другу. Луна
движется вокруг Земли на среднем удалении 384 000 км, но непрерывно на 2–4 см в
год удаляется от Земли. Луна повернута к Земле всегда одной стороной. Период ее
вращения вокруг Земли равен периоду ее вращения вокруг своей оси и составляет
29, 5 земных суток.
Наш спутник светится, потому что
отражает солнечный свет. На протяжении месяца для нас освещены разные части
видимой стороны Луны – в зависимости от ее места на орбите. В новолуние Солнце
освещает видимую нам сторону Луны, поэтому вместо нее на фоне звезд просто
черное пятно. В полнолуние на небе ровный яркий круг. В остальные фазы лунный
диск не- полный. Между новолунием и полнолунием Луна
на небе как будто растет и называется «молодой». А между полнолунием и
новолунием она «убывает» и «стареет».
Иногда Луна, Земля и Солнце
выстраивается по одной прямой, и возни- кают затмения.
Когда Луна проходит в земной тени, наступает лунное затмение. Лунный диск
медно-оранжевый – на него падает часть солнечного света, отфильтрованного нашей
атмосферой. Перед тем как Луна полностью закроет Солнце, его свет создает
эффект кольца с бриллиантом. Край раскаленного шара сияет драгоценным камнем, а
солнечная корона сияет вокруг темного лунного диска – Солнечное затмение.
Атмосферы и магнитного поля у Луны
нет. Лунное притяжение в 6 раз слабее земного. Небо на Луне всегда черное. На
экваторе температура поверхности в полдень достигает +150 0С, а ночью
опускается до – 1500 С. На Луне есть два типа местности – материки (83%) и
лунные «моря» (17%). Материки выглядят как светлые, т.к. сложены светлыми
породами – полевыми шпатами. Лунные «моря» – это темные базальтовые равнины,
образующие понижения среди материков. В лунных породах оказалось всего 10%
железа, тогда как Земля состоит на 30% из него (ее ядро целиком железное).
Слабая метеоритная бомбардировка поверхности Луны привела к формированию
лунного грунта – реголита – мощностью всего несколько метров. Летавший на Луну
американский космонавт – геолог Г. Шмидт метко выразился, что слабая переработанность поверхности Луны за последние 3–4 млрд.
лет делает ее «запыленным окном в изучении происхождении и эволюции Земли».
Вопрос о происхождении Луны остается открытым. Пока известно только одно: Земля
и ее спутник имеет один и тот же возраст.
Влияние космических процессов на развитие Земли
Специалисты
считают, что геологические процессы и историю Земли не-
возможно правильно понять, не учитывая того, что Земля существует и развивается
в космическом пространстве. Рассмотрим три аспекта влияния космических
процессов на развитие Земли.
Взаимодействие
Луны и Земли выражается, прежде всего, в твердых приливах, вызываемых лунным
притяжением. Главный «тормоз» – Луна, вызывающая приливы и отливы в морях,
земной коре и атмосфере. Луна тянет против вращения Земли и противодействует
ему. Гравитационное притяжение Луны оказывает влияние на сейсмическую
активность Земли, обуславливая ее суточную и более крупную, 10-летнюю
периодичность.
Опыты,
проведенные астронавтами, показали, что Луна влияет на земной климат. У нас
регулярно сменяются времена года – из-за наклона собственной оси вращения Земли
к плоскости ее орбиты под средним углом 660 33`. Луна его
стабилизирует, так что он колеблется в пределах всего 10 3`. Без
Луны наклон земной оси значительно колебался бы, что привело бы к длительности
дней и ночей до полугода. Кроме этого, Луна влияет на скорость вращения Земли
вокруг своей оси. Примерно 370 млн. лет назад год длился 400 суток, а сейчас –
365 с небольшим, поскольку Земля медленней обращается
вокруг своей оси вследствие приливного торможения.
Следующий
аспект рассматриваемой проблемы – влияние на Землю процессов, происходящих на
Солнце. Выявлена периодичность в 9, 30 и 90 лет изменения земного климата в
зависимости от колебаний солнечной активности. Появились также указания на
существование цикличности в 13, 19 и 23 тыс. лет, связанной с изменениями
расстояния между Землей и Солнцем (Кузнецов и др., 1991).
Установлено,
что Солнце и вся Солнечная система движется вокруг центра Галактики не по
круговой, а эллиптической орбите с длительностью галактического года в 217 млн.
лет. Поэтому условия, в которых находится Солнечная система, а значит, и наша
Земля в ее крайних точках – в перигалактии и апогалактии существенно различаются.
Согласно
соображениям Н.А. Ясманова (1992), «в перигалактии интенсивность солнечной радиации, достигающей
земной поверхности, уменьшается вследствие прохождения Солнечной системой
газопылевого облака. В это время на Земле усиливается вулканическая и
сейсмическая активность, увеличивается скорость движения литосферных плит,
усиливается образование глубинных разломов. В апогалактии
при прохождении Солнечной системой пространства, свободного от газопылевых
облаков, усиливается интенсивность космической и солнечной радиации,
достигающей земной поверхности. Это и является одной из причин глобального
потепления на Земле. Но кроме климатических воздействий в это время чаще
происходит столкновение литосферных плит и усиливаются
колебательные движения на крупных устойчивых геоструктурных
блоках земной коры».