ЗЕМЛЯ: СТРОЕНИЕ
ЗЕМЛЯ: СТРОЕНИЕ
ЗЕМЛЯ: СТРОЕНИЕ
К статье ЗЕМЛЯ
Литосфера (от греч. lithos - камень и sphaira - шар) - оболочка "твердой" Земли. Прежде считали, что Земля состоит из твердой тонкой коры и горячего кипящего расплава под ней, а к литосфере относили только твердую кору. Сегодня полагают, что "твердая" Земля включает три концентрические оболочки, называемые земной корой, мантией и ядром (рис. 4). Земная кора и верхняя мантия представляют собой твердые тела, внешняя часть ядра ведет себя как жидкая среда, а внутренняя - как твердое тело. Сейсмологи относят к литосфере земную кору и верхнюю часть мантии. Основание литосферы расположено на глубинах от 100 до 160 км на контакте с астеносферой (зоной пониженной твердости, прочности и вязкости в пределах верхней мантии, состоящей предположительно из расплавленных пород).
Земная кора - тонкая внешняя оболочка Земли средней мощностью 32 км. Наиболее тонкая она под океанами (от 4 до 10 км), а наиболее мощная - под материками (от 13 до 90 км). На кору приходится примерно 5% объема Земли.
Различают континентальную и океаническую земную кору (рис. 5). Первая из них ранее называлась сиаль, поскольку слагающие ее граниты и некоторые другие породы содержат в основном кремний (Si) и алюминий (Al). Океаническая кора называлась сима по преобладанию в составе ее пород кремния (Si) и магния (Mg). Обычно она состоит из темноцветных базальтов, часто вулканического происхождения. Существуют также районы с корой переходного типа, где океаническая кора медленно превращается в континентальную или, наоборот, часть континентальной коры преобразуется в океаническую. Такого рода трансформации происходят в процессе частичного или полного плавления, а также в результате коровых динамических процессов.
Около трети земной поверхности составляет суша, состоящая из шести материков (Евразии, Северной и Южной Америки, Австралии и Антарктиды), островов и групп островов (архипелагов). Бльшая часть суши расположена в Северном полушарии. Взаимное расположение материков менялось на протяжении геологической истории. Около 200 млн. лет назад материки располагались в основном в Южном полушарии и образовывали гигантский суперконтинент Гондвану (см. также ГЕОЛОГИЯ) .
Высота поверхности земной коры существенно различается от района к району: самая высокая точка на Земле - гора Джомолунгма (Эверест) в Гималаях (8848 м над уровнем моря), а самая низкая - на дне впадины Челленджер в Марианском желобе вблизи Филиппин (11 033 м ниже уровня моря). Таким образом, амплитуда высот поверхности земной коры - более 19 км. В целом горные страны с высотами свыше 820 м над уровнем моря занимают примерно 17% поверхности Земли, а остальная территория суши - менее 12%. Около 58% земной поверхности приходится на глубоководные (3-5 км) океанические бассейны, а 13% - на довольно мелководный континентальный шельф и переходные области. Бровка шельфа обычно расположена на глубине ок. 200 м.
Крайне редко непосредственными исследованиями могут быть охвачены слои земной коры, расположенные глубже 1,5 км (как, например, в золотоносных рудниках ЮАР глубиной свыше 3 км, нефтяных скважинах Техаса глубиной ок. 8 км и в самой глубокой в мире - более 12 км - Кольской буровой экспериментальной скважине). На основе изучения этих и других скважин получено большое количество информации о составе, температуре и других свойствах земной коры. Кроме того, в районах интенсивных тектонических движений, например, в Большом Каньоне р.Колорадо и в горных странах, удалось составить детальное представление о глубинном строении земной коры.
Установлено, что земная кора состоит из твердых горных пород. Исключение составляют привулканические зоны, где существуют очаги расплавленных пород, или магмы, которые изливаются на поверхность в виде лавы. В целом породы земной коры примерно на 75% состоят из кислорода и кремния и на 13% - из алюминия и железа. Сочетания этих и некоторых других элементов образуют минералы, входящие в состав горных пород. Иногда в земной коре обнаруживаются в значительных концентрациях имеющие важное хозяйственное значение отдельные химические элементы и минералы. К ним относятся углерод (алмазы и графит), сера, руды золота, серебра, железа, меди, свинца, цинка, алюминия и др. металлов. См. также МИНЕРАЛЬНЫЕ РЕСУРСЫ; МИНЕРАЛЫ И МИНЕРАЛОГИЯ.
Мантия - оболочка "твердой" Земли, расположенная под земной корой и простирающаяся примерно до глубины 2900 км. Она подразделяется на верхнюю (мощностью ок. 900 км) и нижнюю (мощностью ок. 1900 км) мантию и состоит из плотных зеленовато-черных железо-магниевых силикатов (перидотита, дунита, эклогита). В условиях поверхностных температур и давлений эти породы примерно вдвое жестче, чем гранит, а на больших глубинах становятся пластичными и медленно текут. Благодаря распаду радиоактивных элементов (особенно изотопов калия и урана) мантия постепенно нагревается снизу. Иногда в процессе горообразования блоки земной коры погружаются в мантийное вещество, где они плавятся, а затем во время вулканических извержений вместе с лавой выносятся на поверхность (иногда лава включает обломки перидотита, дунита и эклогита).
В 1909 хорватский геофизик А.Мохоровичич установил, что скорость распространения продольных сейсмических волн резко увеличивается на глубине ок. 35 км под материками и 5-10 км - под океаническим дном. Этот рубеж соответствует границе между земной корой и мантией и называется поверхностью Мохоровичича. Положение нижней границы верхней мантии менее определенно. Продольные волны, проникая в мантию, распространяются с ускорением до тех пор, пока не достигнут астеносферы, где их движение замедляется. Нижняя мантия, в которой скорость этих волн вновь увеличивается, более жесткая, чем астеносфера, но несколько более упругая, чем верхняя мантия.
Ядро Земли делится на внешнее и внутреннее. Первое из них начинается примерно на глубине 2900 км и имеет мощность ок. 2100 км. Граница нижней мантии и внешнего ядра известна как слой Гутенберга. В его пределах продольные волны замедляются, а поперечные вообще не распространяются. Это свидетельствует о том, что внешнее ядро ведет себя как жидкость, поскольку поперечные волны не способны распространяться в жидкой среде. Полагают, что внешнее ядро состоит из расплавленного железа, имеющего плотность от 8 до 10 г/см3. Внутреннее ядро радиусом ок. 1350 км рассматривается как твердое тело, т.к. скорость распространения в нем сейсмических волн вновь резко возрастает. Внутреннее ядро, по-видимому, состоит почти полностью из элементов, имеющих очень высокую плотность, - железа и никеля. См. также ГЕОЛОГИЯ.
Гидросфера представляет собой совокупность всех природных вод на земной поверхности и вблизи нее. Ее масса - менее 0,03% массы всей Земли. Почти 98% гидросферы составляют соленые воды океанов и морей, покрывающих ок. 71% земной поверхности. Около 4% приходится на материковые льды, озерные, речные и подземные воды, немного воды содержится в минералах и в живой природе.
Четыре океана (Тихий - самый большой и глубокий, занимающий почти половину земной поверхности, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый) вместе с морями образуют единую акваторию - Мировой океан. Однако океаны неравномерно распределены на Земле и сильно различаются по глубине. Местами океаны разделены только узкой полосой суши (например, Атлантический и Тихий - Панамским перешейком) или мелководными проливами (например, Беринговым - Северный Ледовитый и Тихий океаны). Подводным продолжением материков являются довольно мелководные континентальные шельфы, занимающие большие площади у берегов Северной Америки, восточной Азии и северной Австралии и полого спускающиеся по направлению к открытому океану. Край шельфа (бровка) обычно резко обрывается при переходе к континентальному склону, первоначально круто падающему, а затем постепенно выполаживающемуся в зоне континентального подножья, которое сменяется глубоководным ложем со средними глубинами 3700-5500 м. Континентальный склон обычно изрезан глубокими подводными каньонами, часто являющимися морским продолжением крупных речных долин. Речные осадки выносятся через эти каньоны и образуют подводные конусы выноса на континентальном подножии. Глубоководных абиссальных равнин достигают только тончайшие глинистые частицы. Ложе океана имеет неровную поверхность и представляет собой сочетание подводных плато и горных хребтов, местами увенчанных вулканическими горами (плосковершинные подводные горы называются гайотами). В тропических морях подводные горы завершаются кольцеобразными коралловыми рифами, образующими атоллы. По периферии Тихого океана и вдоль молодых островных дуг Атлантического и Индийского океанов имеются желоба глубиной более 11 км.
Морская вода представляет собой раствор, содержащий в среднем 3,5% минеральных веществ (ее соленость обычно выражается в промилле, ‰). Основным компонентом морской воды является хлористый натрий, присутствуют также хлорид и сульфат магния, сульфат кальция, бромид натрия и др. Некоторые внутренние моря благодаря поступлению огромного количества пресной воды имеют менее высокую соленость (например, максимальная соленость Балтийского моря 11‰), тогда как другие внутренние моря и озера отличаются очень высокой соленостью ( Мертвое море - 260-310‰, Большое Соленое озеро - 137-300‰).
Атмосфера - воздушная оболочка Земли, состоящая из пяти концентрических слоев - тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы. Реальная верхняя граница атмосферы отсутствует. Внешний слой, начинающийся примерно на высоте 700 км, постепенно разреживается и переходит в межпланетное пространство. Кроме того, существует еще магнитосфера, пронизывающая все слои атмосферы и простирающаяся далеко за ее пределы.
Атмосфера состоит из смеси газов: азота (78,08% ее объема), кислорода (20,95%), аргона (0,9%), диоксида углерода (0,03%) и редких газов - неона, гелия, криптона и ксенона (в сумме 0,01%). Почти всюду близ земной поверхности присутствует водяной пар. В атмосфере городов и промышленных районов обнаруживаются повышенные концентрации сернистого ангидрида, углекислого и угарного газов, метана, фтористого углерода и других газов антропогенного происхождения. См. также ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОЗДУХА.
Тропосфера - слой атмосферы, в котором формируется погода. В умеренных широтах она простирается примерно до высоты 10 км. Ее верхний предел, известный как тропопауза, на экваторе выше, чем на полюсах. Имеются также сезонные изменения - летом тропопауза располагается несколько выше, чем зимой. В пределах тропопаузы происходит циркуляция огромных масс воздуха. Средняя температура воздуха в приземном слое атмосферы ок. 15? C. С высотой температура понижается примерно на 0,6? на каждые 100 м высоты. Холодный воздух верхних слоев атмосферы опускается, а теплый - поднимается. Но под влиянием вращения Земли вокруг своей оси и локальных особенностей распределения тепла и влаги эта принципиальная схема циркуляции атмосферы претерпевает изменения. Больше всего солнечной тепловой энергии поступает в атмосферу в тропиках и субтропиках, откуда в результате конвекции теплые воздушные массы переносятся в высокие широты, где теряют тепло. См также МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ.
Стратосфера расположена в диапазоне от 10 до 50 км над уровнем моря. Для нее характерны довольно постоянные ветры и температуры (в среднем ок. -50? С) и редкие перламутровые облака, образованные кристаллами льда. Однако в верхних слоях стратосферы температура повышается. Сильные турбулентные потоки воздуха, известные под названием струйных течений, циркулируют вокруг Земли в приполярных широтах и в экваториальном поясе. В зависимости от направления движения реактивных самолетов, летающих в нижних слоях стратосферы, струйные течения могут предоставлять опасность или благоприятствовать полетам. В стратосфере солнечная ультрафиолетовая радиация и заряженные частицы (главным образом, протоны и электроны) взаимодействуют с кислородом, продуцируя озон, ионы кислорода и азота. Наиболее высокие концентрации озона обнаружены в нижней стратосфере.
Мезосфера - слой атмосферы, расположенный в интервале высот от 50 до 80 км. В ее пределах температура постепенно понижается примерно от 0? C у нижней границы до -90? С (иногда до -110??С) у верхней границы - мезопаузы. Со средними слоями мезосферы сопряжена нижняя граница ионосферы, где электромагнитные волны отражаются ионизированными частицами.
Область между 10 и 150 км иногда называется хемосферой, поскольку именно здесь, главным образом в мезосфере, происходят фотохимические реакции.
Термосфера - высокие слои атмосферы примерно от 80 до 700 км, в которых повышается температура. Поскольку атмосфера здесь разрежена, тепловая энергия молекул - главным образом кислорода - низкая, а температуры зависят от времени суток, солнечной активности и некоторых других факторов. В ночное время температуры меняются примерно от 320? C в периоды минимальной солнечной активности до 2200? C во время пиков солнечной активности.
Экзосфера - самый верхний слой атмосферы, начинающийся на высотах ок. 700 км, где атомы и молекулы находятся настолько далеко одни от других, что сталкиваются весьма редко. Это т.н. критический уровень, на котором атмосфера перестает вести себя как обычный газ, а атомы и молекулы перемещаются в гравитационном поле Земли как спутники. В этом слое главными компонентами атмосферы являются водород и гелий - легкие элементы, которые в конечном счете улетучиваются в космическое пространство.
Способность Земли удерживать атмосферу зависит от силы земного притяжения и скорости движения молекул воздуха. Любой объект, который удаляется от Земли со скоростью менее 8 км/с, возвращается на нее под действием силы притяжения. При скорости 8-11 км/с объект выводится на околоземную орбиту, а свыше 11 км/с - преодолевает земную гравитацию.
Многие частицы верхних слоев атмосферы, обладающие высокой энергией, могли бы быстро улетучиться в космическое пространство, если бы не улавливались магнитным полем Земли (магнитосферой), которое защищает все живые организмы (в т.ч. и человека) от пагубного влияния малоинтенсивного космического излучения. См. также АТМОСФЕРА; МЕЖЗВЕЗДНОЕ ВЕЩЕСТВО; КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ.
|
