Глава 02. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ СОВРЕМЕННОЙ ЗЕМЛИ (1119265)
Текст из файла
21Глава 2. СТРОЕНИЕ И СОСТАВ СОВРЕМЕННОЙ ЗЕМЛИ2.1. Общие сведения о ЗемлеГеологические методы позволяют изучать только несколько первых километров верхнихслоев Земли. Основную же часть информации о внутреннем строении Земли даютгеофизические методы, включающие: 1) сейсмологические и сейсмические методы, основанныена регистрации упругих колебаний, вызываемых землетрясениями или искусственнымивзрывами; 2) гравиметрические методы, основанные на изучении поля силы тяжести Земли,создаваемого притяжением масс самой Земли, ее вращением, а также притяжением другихкосмических тел, и дающие информацию о фигуре Земли и распределении масс в ее недрах; 3)магнитометрические – изучающие магнитное поле Земли, создаваемое замкнутымиэлектрическими токами и намагниченностью горных пород; 4) геотермические, изучающиетепловое поле Земли и плотность теплового потока на ее поверхности, обусловленные кактермическим режимом недр, так и способностью различных оболочек Земли передаватьглубинное тепло и самостоятельно его генерировать; электрометрические методы, изучающиеэлектропроводность земных недр.Кроме геофизики о внутреннем строении Земли косвенно позволяютсудитьлабораторные эксперименты, а также изучение космических тел (метеоритов), попадающих наземную поверхность.Строение нашей планеты сегодня хорошо известно по сейсмическим данным и анализусобственных колебаний Земли, а состав ее верхних оболочек (земной коры, гидросферы иатмосферы) – по геологическим данным и прямым измерениям.
Наши сведения о составемантии Земли менее определенные, но все-таки по совокупности всех геологических игеофизических данных о строении и составе этой земной оболочки можно судить достаточноуверенно. О составе земного ядра, можно высказывать лишь более или менее обоснованныегипотезы. Не останавливаясь на описании методик изучения строения и состава Земли,подробно изложенных в многочисленных специальных работах (Жарков, 1983; Болт, 1984;Anderson, 1989; Сорохтин, Ушаков, 1991; и др.), перейдем сразу к их результатам.Земля – третья по порядку от Солнца планета Солнечной системы, обращается вокругСолнца по близкой к круговой орбите (эксцентриситет орбиты ε = 0,0167) на среднемрасстоянии 149,6 млн км.
Если смотреть со стороны северного полюса небесной сферы, товращение Земли, как и других планет (кроме Венеры), вокруг Солнца происходит противчасовой стрелки (планета как бы “катится” вокруг Солнца), и это направление считаетсяпрямым. Средняя скорость движения Земли по орбите равна 29,765 км/с, период обращения(продолжительность года) составляет 365,24 солнечных суток, или 3,147⋅107 с. Земля обладаетсобственным осевым вращением в прямом направлении (т.е. также против часовой стрелки,если смотреть со стороны Северного полюса), период осевого вращения Земли равен 23 ч.
56мин. 4,1 с или 8,616⋅104 с.Масса Земли равна Mg = 5,977⋅1027 г, средний радиус Rg = 6371 км, площадь поверхностиЗемли 5,101⋅1018 см2 (510,08 млн км2), средняя плотность ρ = 5,52 г/см3, среднее ускорение силытяжести на земной поверхности достигает g = 981 Гал. Фигура Земли описывается геоидом,представляющим собой эквипотенциальную поверхность силы тяжести (рис.
2.1). Внеконтинентов геоид совпадает с невозмущенной поверхностью Мирового океана. Наконтинентах поверхность рассчитывается по гравиметрическим данным или по спутниковымнаблюдениям. Лучше всего геоид аппроксимируется эллипсоидом вращения – равновеснойфигурой вращающейся однородной жидкости.Рис.
2.1. Карта высот Геоида, м (Vincent, Marsh, 1975)2223Отклонения геоида от такого эллипсоида не превышают +86 и –105 м и вызываются какнеоднородностями распределения масс в Земле, так и динамическими процессами,развивающимися в мантии и литосферной оболочке Земли. Сплюснутость геоида (эллипсоидавращения) определяется скоростью вращения Земли вокруг полярной оси.
У современнойЗемли полярный радиус Rп = 6356,78 км, а экваториальный Rэ = 6378,16 км, следовательно еесжатие равно e = (Rэ – Rп)/Rэ = 1/298,3. Центробежное ускорение силы тяжести на экваторедостигает gцб = –3,392 Гал.Из приведенных данных о форме геоида следует, что фигура Земли очень неплохо (сточностью до 1%) соответствует равновесной форме вращающейся жидкости. Отсюда можнопредположить, что вещество Земли в ее недрах также находится в эффективно жидкомсостоянии, хотя вязкость такой “жидкости” может быть очень высокой (здесь невольнонапрашивается аналогия свойств земного вещества со свойствами вара).Момент инерции Земли относительно оси вращения I = 8,04⋅1044 г⋅см2, тогда как еебезразмерный средний момент инерции равен J = I/MR2 = 0,33076, что свидетельствует означительном уплотнении земного вещества к центру планеты (для однородной по плотностисферы J = 0,4).Земля, как известно, обладает собственным магнитным полем, максимальнаянапряженность которого около 0,6–0,7 Э наблюдается возле магнитных полюсов.
На экватореона уменьшается до 0,25–0,42 Э. Главной компонентой магнитного поля является полемагнитного диполя или однородно намагниченного шара. Ось магнитного диполя сейчаснаклонена к оси вращения Земли под углом 10,5о, однако ее среднее положение за периодывремени порядка нескольких десятков тысяч лет неплохо совпадает с географической осью.Через поверхность Земли постоянно теряется часть ее внутреннего тепла. Суммарныйтепловой поток, пересекающий поверхность Земли, равен примерно (4,2–4,5)⋅1020 эрг/с, всреднем 4,3⋅1020 эрг/с.
Средний тепловой поток через континенты приблизительно равен1,43⋅10-6 кал/см2⋅с (60 эрг/см2·с), а через океаническое дно – 2,37⋅10-6 кал/см2⋅с (99,5 эрг/см2·с).Всего же через континенты теряется около 1,2⋅1020 эрг/с, тогда как через океаническое дно –примерно в 2,5 раза больше – около 3,1⋅1020 эрг/с.2.2.
Атмосфера и гидросфера ЗемлиПлотные газовые и жидко-водяные внешние оболочки могут существовать только усравнительно массивных планет, гравитационное поле которых способно удерживать газовыемолекулы со средними молекулярными весами, а поверхностная температура превышаеттемпературу плавления льда, но ниже температуры кипения воды. Из всех планет Солнечнойсистемы такие условия существуют только на Земле. Например, Меркурий из-за своей малоймассы (0,06 массы Земли) и близости к Солнцу потерял практически всю свою атмосферу(давление атмосферы на Меркурии менее 2⋅10–14 атм.).
Хотя Венера и обладает плотнойатмосферой (около 90 атм), но благодаря большому парниковому эффекту ее поверхностнаятемпература (приблизительно 470 °С) значительно выше критической температуры переходаводы в газовое (флюидное) состояние (374 °С). Марс, масса которого составляет 0,11 от массыЗемли, сохранил лишь весьма разреженную атмосферу (около 6⋅10–3 атм), тогда как всягидросфера на этой холодной планете сейчас находится только в замерзшем состоянии.Внешние планеты Солнечной системы (Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун) обладают плотнымиатмосферами, но лишены жидких гидросфер. В то же время на их спутниках, как и на Марсе,все поверхностные воды находятся только в замерзшем состоянии.242.2.1.
Атмосфера ЗемлиМасса земной атмосферы равна примерно 5,15⋅1021 г. Среднее давление воздуха на уровнеморя равняется p0 = 1,0132 бар = 1013,2 мб (760 мм ртутного столба), а плотность ρ0 ≈1,27⋅10–3г/см3. С высотой давление и плотность воздуха быстро уменьшаются по экспоненциальномузакону (см. рис. 10.7).Азотно-кислородный состав земной атмосферы уникален для планет Солнечной системы.Сухой воздух содержит 75,51% (по массе) азота, 23,15 – кислорода, 1,28 – аргона, 0,046 –углекислого газа, 0,00125 – неона и около 0,0007% остальных газов.
Важной активнойкомпонентой атмосферы является водяной пар (и вода в каплях облаков). Содержание водяногопара и воды в атмосфере достигает (0,12–0,13)⋅1020 г, что в пересчете на слой конденсированнойводы составляет 2,5 см (25 мм), или в среднем 2,5 г/см2 земной поверхности. Если учестьсреднегодовое испарение и выпадение осадков, приблизительно равное 780 мм водяногостолба, то легко определить, что водяной пар в атмосфере обновляется примерно 30 раз в годили каждые 12 дней. В верхних слоях атмосферы под влиянием ультрафиолетового излученияСолнца возникает озон, состоящий из трехатомных молекул кислорода. Несмотря на малыеколичества озона в атмосфере (О3 ≈ 3,1⋅1015 г; кислорода в атмосфере О2 = 1,192⋅1021 г), этот газспасает жизнь на поверхности Земли от пагубного воздействия на нее жесткого излученияСолнца.Рис.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
