Zemlja pripada planetama zemaljska grupa, i, za razliku od gasni giganti, kao što je Jupiter, ima tvrdu površinu. To je najveća od četiri zemaljske planete u Sunčevom sistemu, i po veličini i po masi. Osim toga, Zemlja među ove četiri planete ima najveću gustoću, površinsku gravitaciju i magnetno polje. To je jedina poznata planeta sa aktivnom tektonikom ploča.
Zemljina unutrašnjost podijeljena je na slojeve prema hemijskim i fizičkim (reološkim) svojstvima, ali za razliku od drugih zemaljskih planeta, Zemlja ima različito vanjsko i unutrašnje jezgro. Vanjski sloj Zemlje je dura shell, koji se sastoji uglavnom od silikata. Od plašta je odvojena granicom sa naglim porastom brzina longitudinalnih seizmičkih talasa - Mohorovičićeva površina. Čvrsta kora i viskozni gornji dio plašta čine litosferu. Ispod litosfere je astenosfera, sloj relativno niske viskoznosti, tvrdoće i čvrstoće u gornjem plaštu.
Značajne promjene u kristalnoj strukturi plašta nastaju na dubini od 410-660 km ispod površine, obuhvatajući prijelaznu zonu koja razdvaja gornji i donji plašt. Ispod plašta je tečni sloj koji se sastoji od rastopljenog gvožđa sa primesama nikla, sumpora i silicijuma – Zemljinog jezgra. Seizmička mjerenja pokazuju da se sastoji od 2 dijela: čvrstog unutrašnjeg jezgra polumjera ~1220 km i tekućeg vanjskog jezgra polumjera ~2250 km.
Forma
Oblik Zemlje (geoid) je blizak spljoštenom elipsoidu. Nesklad između geoida i elipsoida koji ga aproksimira dostiže 100 metara.
Zemljina rotacija stvara ekvatorijalno ispupčenje, pa je ekvatorijalni prečnik 43 km veći od polarnog. Najviša tačka na površini Zemlje je Mount Everest (8.848 m nadmorske visine), a najdublja Marijanska brazda (10.994 m ispod nivoa mora). Zbog konveksnosti ekvatora, najudaljenije tačke na površini od središta Zemlje su vrh vulkana Chimborazo u Ekvadoru i planina Huascaran u Peruu.
Hemijski sastav
Masa Zemlje je približno 5,9736·1024 kg. Ukupan broj atoma koji čine Zemlju je ≈ 1,3-1,4·1050. Sastoji se uglavnom od gvožđa (32,1%), kiseonika (30,1%), silicijuma (15,1%), magnezijuma (13,9%), sumpora (2,9%), nikla (1,8%), kalcijuma (1,5%) i aluminijuma (1,4%) ); preostali elementi čine 1,2%. Zbog segregacije mase, smatra se da se jezgro sastoji od gvožđa (88,8%), nešto nikla (5,8%), sumpora (4,5%) i oko 1% drugih elemenata. Važno je napomenuti da je ugljenika, koji je osnova života, samo 0,1% u zemljinoj kori.
Geohemičar Frenk Klark izračunao je da Zemljina kora ima nešto više od 47% kiseonika. Najčešći minerali koji stvaraju stijene u zemljinoj kori sastoje se gotovo u potpunosti od oksida; ukupan sadržaj hlora, sumpora i fluora u stijenama obično je manji od 1%. Glavni oksidi su silicijum dioksid (SiO 2), glinica (Al 2 O 3), gvožđe oksid (FeO), kalcijum oksid (CaO), magnezijum oksid (MgO), kalijum oksid (K 2 O) i natrijum oksid (Na 2 O ) . Silicijum služi uglavnom kao kiseli medij i formira silikate; s tim je povezana priroda svih glavnih vulkanskih stijena.
Zemlja, kao i druge zemaljske planete, ima slojevitu unutrašnju strukturu. Sastoji se od tvrdih silikatnih školjki (kora, izuzetno viskozan omotač) i metalnog jezgra. Vanjski dio jezgra je tečan (mnogo manje viskozan od plašta), a unutrašnji dio je čvrst.
Unutrašnja toplota
Unutrašnja toplota planete je obezbeđena kombinacijom preostale toplote preostale od nakupljanja materije do početna faza formiranje Zemlje (oko 20%) i radioaktivni raspad nestabilnih izotopa: kalijum-40, uranijum-238, uranijum-235 i torijum-232. Tri od ovih izotopa imaju poluživot duži od milijardu godina. U centru planete, temperature mogu porasti do 6.000 °C (10.830 °F) (veće od površine Sunca), a pritisci mogu doseći 360 GPa (3,6 miliona atm). Deo toplotne energije jezgra se prenosi u zemljinu koru preko perja. Perjanice dovode do pojave vrućih tačaka i zamki. Budući da se najveći dio topline koju proizvodi Zemlja daje radioaktivnim raspadom, na početku povijesti Zemlje, kada zalihe kratkoživućih izotopa još nisu bile iscrpljene, oslobađanje energije naše planete bilo je mnogo veće nego sada.
Zemlja gubi najviše energije kroz tektoniku ploča, podizanje materijala plašta na srednjeokeanskim grebenima. Poslednji glavni tip gubitka toplote je gubitak toplote kroz litosferu, pri čemu se veći gubitak toplote na ovaj način dešava u okeanu, pošto je zemljina kora tamo mnogo tanja nego ispod kontinenata.
Litosfera
Atmosfera
Atmosfera (od starogrčkog ?τμ?ς - para i σφα?ρα - lopta) je plinska ljuska koja okružuje planetu Zemlju; sastoji se od dušika i kisika, s tragovima vodene pare, ugljičnog dioksida i drugih plinova. Od svog formiranja značajno se promijenio pod uticajem biosfere. Pojava kisikove fotosinteze prije 2,4-2,5 milijardi godina doprinijela je razvoju aerobnih organizama, kao i zasićenju atmosfere kisikom i formiranju ozonskog omotača koji štiti sva živa bića od štetnih ultraljubičastih zraka.
Atmosfera određuje vrijeme na površini Zemlje, štiti planetu od kosmičkih zraka, a djelimično i od bombardiranja meteorita. Takođe reguliše glavne procese formiranja klime: ciklus vode u prirodi, cirkulaciju vazdušnih masa i prenos toplote. Molekule atmosferskih gasova može uhvatiti toplotnu energiju, sprečavajući ga da ode u svemir, čime se povećava temperatura planete. Ovaj fenomen je poznat kao efekat staklene bašte. Glavni staklenički plinovi su vodena para, ugljični dioksid, metan i ozon. Bez ovog efekta toplotne izolacije, prosječna površinska temperatura Zemlje bila bi između -18 i -23 °C (iako je zapravo 14,8 °C), a život vjerovatno ne bi postojao.
Donji deo atmosfere sadrži oko 80% svoje ukupne mase i 99% sve vodene pare (1,3-1,5 1013 tona), ovaj sloj se naziva troposfera. Njegova debljina varira i zavisi od vrste klime i sezonskih faktora: na primjer, u polarnim područjima iznosi oko 8-10 km, u umjerenom pojasu do 10-12 km, au tropskim ili ekvatorijalnim područjima dostiže 16-18 km. km. U ovom sloju atmosfere temperatura pada u prosjeku za 6 °C na svaki kilometar kako se krećete u visinu. Iznad se nalazi prelazni sloj - tropopauza, koja odvaja troposferu od stratosfere. Temperatura se ovdje kreće između 190-220 K.
Stratosfera- sloj atmosfere, koji se nalazi na nadmorskoj visini od 10-12 do 55 km (u zavisnosti od vremenskim uvjetima i doba godine). Ne čini više od 20% ukupne mase atmosfere. Ovaj sloj karakterizira smanjenje temperature na visinu od ~25 km, praćeno povećanjem na granici s mezosferom na skoro 0 °C. Ova granica se naziva stratopauza i nalazi se na nadmorskoj visini od 47-52 km. Stratosfera sadrži najveću koncentraciju ozona u atmosferi, koji štiti sve žive organizme na Zemlji od štetnih ultraljubičasto zračenje Ned. Intenzivna apsorpcija sunčevog zračenja ozonski sloj i pozive brz rast temperature u ovom dijelu atmosfere.
Mezosfera nalazi se na nadmorskoj visini od 50 do 80 km iznad površine Zemlje, između stratosfere i termosfere. Od ovih slojeva je odvojena mezopauzom (80-90 km). Ovo je najhladnije mjesto na Zemlji, temperatura ovdje pada na -100 °C. Na ovoj temperaturi voda u zraku se brzo smrzava, ponekad stvarajući noćne oblake. Mogu se posmatrati odmah nakon zalaska sunca, ali najbolja vidljivost se stvara kada je od 4 do 16° ispod horizonta. Većina meteorita koji uđu u Zemljinu atmosferu sagorevaju u mezosferi. Sa površine Zemlje posmatraju se kao zvezde padalice. Na visini od 100 km nadmorske visine postoji konvencionalna granica između Zemljine atmosfere i svemira - Karmanova linija.
IN termosfera temperatura brzo raste do 1000 K, to je zbog apsorpcije kratkotalasnog sunčevog zračenja u njemu. Ovo je najduži sloj atmosfere (80-1000 km). Na visini od oko 800 km, porast temperature prestaje, jer je ovdje zrak vrlo razrijeđen i slabo apsorbira sunčevo zračenje.
Ionosfera uključuje posljednja dva sloja. Ovdje se molekuli jonizuju pod utjecajem sunčevog vjetra i nastaju aurore.
Egzosfera- vanjski i vrlo rijedak dio zemljina atmosfera. U ovom sloju čestice su u stanju da savladaju drugu izlaznu brzinu Zemlje i pobjegnu u svemir. To uzrokuje spor, ali postojan proces koji se naziva atmosferska disipacija. U svemir uglavnom izlaze čestice lakih gasova: vodonik i helijum. Molekuli vodika s najmanjom molekularnom težinom mogu lakše doći do druge brzina bijega i teče u svemir brže od drugih gasova. Vjeruje se da je gubitak redukcionih agenasa kao što je vodonik neophodan uslov za mogućnost održive akumulacije kiseonika u atmosferi. Shodno tome, sposobnost vodonika da napusti Zemljinu atmosferu mogla je uticati na razvoj života na planeti. Trenutno se većina vodika koji ulazi u atmosferu pretvara u vodu bez napuštanja Zemlje, a gubitak vodika nastaje uglavnom uništavanjem metana u gornjim slojevima atmosfere.
Hemijski sastav atmosfere
Na površini Zemlje, osušeni vazduh sadrži oko 78,08% azota (po zapremini), 20,95% kiseonika, 0,93% argona i oko 0,03% ugljen-dioksid. Volumetrijska koncentracija komponenti ovisi o vlažnosti zraka - sadržaju vodene pare u njemu, koji se kreće od 0,1 do 1,5% u zavisnosti od klime, doba godine i područja. Na primjer, na 20 °C i 60% relativnoj vlažnosti (prosječna vlažnost sobni vazduh ljeti) koncentracija kisika u zraku iznosi 20,64%. Preostale komponente ne čine više od 0,1%: vodik, metan, ugljični monoksid, oksidi sumpora i dušikovi oksidi i drugi inertnih gasova osim argona.
Takođe, čestice su uvek prisutne u vazduhu (prašina su čestice organskih materija, pepeo, čađ, polen biljaka itd. niske temperature- kristali leda) i kapljice vode (oblaci, magla) - aerosoli. Koncentracija čestica prašine opada s visinom. U zavisnosti od doba godine, klime i lokacije, koncentracija aerosolnih čestica u atmosferi se mijenja. Iznad 200 km, glavna komponenta atmosfere je dušik. Na nadmorskoj visini od preko 600 km dominira helijum, a od 2000 km vodik („vodikova korona“).
Biosfera
Biosfera (od starogrčkog βιος - život i σφα?ρα - sfera, lopta) je skup delova Zemljinih ljuski (lito-, hidro- i atmosfere), koji je naseljen živim organizmima, pod njihovim je uticajem i okupirani proizvodima njihove vitalne aktivnosti. Biosfera je ljuska Zemlje naseljena živim organizmima i transformirana od njih. Počeo je da se formira prije 3,8 milijardi godina, kada su se prvi organizmi počeli pojavljivati na našoj planeti. Uključuje cijelu hidrosferu, gornji dio litosfera i donji dio atmosferu, odnosno naseljava ekosferu. Biosfera je ukupnost svih živih organizama. Dom je za nekoliko miliona vrsta biljaka, životinja, gljiva i mikroorganizama.
Biosfera se sastoji od ekosistema, koji uključuju zajednice živih organizama (biocenoza), njihova staništa (biotop) i sisteme veza koji razmjenjuju materiju i energiju između njih. Na kopnu su uglavnom podijeljeni geografskim širinama, nadmorske visine i razlike u padavinama. Kopneni ekosistemi, koji se nalaze na Arktiku ili Antarktiku, na velikim nadmorskim visinama ili u ekstremno sušnim područjima, relativno su siromašni biljkama i životinjama; raznolikost vrsta dostiže vrhunac u vlažnom tropske šume ekvatorijalni pojas.
Zemljino magnetsko polje
U prvoj aproksimaciji, Zemljino magnetsko polje je dipol, čiji se polovi nalaze pored geografskih polova planete. Polje formira magnetosferu, koja odbija čestice solarnog vjetra. Akumuliraju se u radijacijskim pojasevima, dva koncentrična područja u obliku torusa oko Zemlje. Near magnetni polovi ove čestice se mogu "proliti" u atmosferu i dovesti do pojave aurore.
Prema teoriji "magnetnog dinamo", polje se stvara u centralnom dijelu Zemlje, gdje toplina stvara protok električna struja u jezgru od tečnog metala. To zauzvrat dovodi do pojave magnetnog polja u blizini Zemlje. Konvekcijska kretanja u jezgru su haotična; magnetni polovi se pomjeraju i povremeno mijenjaju polaritet. To uzrokuje preokrete u magnetskom polju Zemlje, koje se u prosjeku dešavaju nekoliko puta svakih nekoliko miliona godina. Posljednji preokret dogodio se prije otprilike 700.000 godina.
Magnetosfera- područje svemira oko Zemlje koje nastaje kada tok nabijenih čestica sunčevog vjetra odstupi od svoje prvobitne putanje pod utjecajem magnetskog polja. Na strani okrenutoj prema Suncu, njen pramčani udar je debeo oko 17 km i nalazi se na udaljenosti od oko 90.000 km od Zemlje. Na noćnoj strani planete, magnetosfera se izdužuje, dobijajući dugi cilindrični oblik.
Kada se visokoenergetske nabijene čestice sudare sa Zemljinom magnetosferom, pojavljuju se radijacijski pojasevi (Van Allen pojasevi). Aurore se javljaju kada solarna plazma dospije u Zemljinu atmosferu u području magnetnih polova.
Šta bi moglo biti unutar naše matične planete? Jednostavno rečeno, od čega se sastoji Zemlja, kakva je njena unutrašnja struktura? Ova pitanja dugo muče naučnike. Ali ispostavilo se da je to jasno ovo pitanje nije tako jednostavno. Čak i uz pomoć ultramodernih tehnologija, čovjek može ući unutra samo na udaljenosti od petnaest kilometara, a to, naravno, nije dovoljno da se sve razumije i potkrijepi. Stoga se i danas istraživanja na temu "od čega je Zemlja" provode uglavnom koristeći indirektne podatke i pretpostavke i hipoteze. Ali i u ovome su naučnici već postigli određene rezultate.
Kako proučavati planetu
Čak iu drevnim vremenima, pojedini predstavnici čovječanstva nastojali su saznati od čega se sastoji Zemlja. Ljudi su također proučavali dijelove stijena koje je sama priroda otkrila i dostupne za gledanje. To su, prije svega, litice, planinske padine, strme obale mora i rijeka. Iz ovih prirodnih dijelova možete mnogo razumjeti, jer se sastoje od stijena koje su bile ovdje prije milionima godina. I danas naučnici buše bunare na nekim mjestima na kopnu. Od njih je najdublji 15 km.Takođe, istraživanje se vrši uz pomoć rudnika iskopanih za vađenje minerala: uglja i rude, na primjer. Iz njih se izvlače i uzorci stijena koji ljudima mogu reći od čega je Zemlja napravljena.
Indirektni podaci
Ali to je ono što se tiče iskustvenog i vizuelnog znanja o strukturi planete. Ali uz pomoć nauke seizmologije (proučavanje zemljotresa) i geofizike, naučnici prodiru u dubine bez kontakta, analizirajući seizmičke talase i njihovo širenje. Ovi podaci nam govore o svojstvima tvari koje se nalaze duboko pod zemljom. Struktura planete se proučava i uz pomoć umjetni sateliti koji su u orbiti.
Od čega se sastoji planeta Zemlja?
Unutrašnja struktura planete je heterogena. Naučnici su danas utvrdili da se unutrašnjost sastoji od nekoliko dijelova. U sredini je jezgro. Slijedeći je plašt, koji je ogroman i čini oko pet šestina cijele vanjske kore predstavljen je tankim slojem koji prekriva sferu. Ove tri komponente, zauzvrat, takođe nisu potpuno homogene i imaju strukturne karakteristike.
Core
Od čega se sastoji Zemljino jezgro? Naučnici su iznijeli nekoliko verzija o sastavu i porijeklu središnjeg dijela planete. Najpopularniji: jezgro je talina željeza i nikla. Jezgro je podijeljeno na nekoliko dijelova: unutrašnji je čvrst, vanjski je tečan. Veoma je težak: čini više od trećine ukupne mase planete (za poređenje, njegov volumen je samo 15%). Prema naučnicima, formirao se postepeno tokom vremena, a gvožđe i nikl su se oslobađali iz silikata. Trenutno (2015. godine), naučnici sa Oksforda su predložili verziju prema kojoj se jezgro sastoji od radioaktivnog uranijuma. To, inače, objašnjava kako povećan prijenos topline planete tako i postojanje magnetnog polja do danas. U svakom slučaju, informacije o tome od čega se sastoji Zemljino jezgro mogu se dobiti samo hipotetički, jer prototipovi moderna nauka Nije dostupno.
Mantle
Od čega se sastoji Odmah treba napomenuti da, kao iu slučaju jezgra, naučnici još nisu imali priliku doći do njega. Stoga se istraživanje provodi i uz pomoć teorija i hipoteza. IN poslednjih godina Međutim, japanski istraživači buše na dnu okeana, gdje će do plašta biti "samo" 3000 km. Ali rezultati još nisu objavljeni. A plašt se, prema naučnicima, sastoji od silikata - stijena zasićenih gvožđem i magnezijumom. Oni su u rastopljenom tečnom stanju (temperatura dostiže 2500 stepeni). I, što je čudno, plašt takođe sadrži vodu. Tamo ga ima dosta (kada bi se sva unutrašnja voda izbacila na površinu, nivo svjetskih okeana bi porastao za 800 metara).
Zemljina kora
Zauzima tek nešto više od procenta planete po zapremini i nešto manje po masi. Ali, uprkos svojoj maloj težini, zemljina kora je veoma važna za čovečanstvo, jer na njoj živi sav život na Zemlji.
Sfere Zemlje
Poznato je da je starost naše planete otprilike 4,5 milijardi godina (naučnici su to otkrili koristeći radiometrijske podatke). Prilikom proučavanja Zemlje, identifikovano je nekoliko inherentnih školjki, nazvanih geosfere. Razlikuju se i po svom hemijski sastav i po fizičkim svojstvima. Hidrosfera uključuje svu vodu dostupnu na planeti u njenim različitim stanjima (tečno, čvrsto, gasovito). Litosfera je kamena školjka koja čvrsto okružuje Zemlju (debljina od 50 do 200 km). Biosfera su sva živa bića na planeti, uključujući bakterije, biljke i ljude. Atmosfera (od starogrčkog "atmos", što znači para) je prozračna bez koje bi postojanje života bilo nemoguće.
Od čega se sastoji Zemljina atmosfera?
Unutrašnji dio ove ljuske, koji je neophodan za život, nalazi se u blizini i predstavlja gasovitu supstancu. A vanjski graniči sa svemirom blizu Zemlje. On određuje vremenske prilike na planeti, a takođe nije homogen po svom sastavu. Od čega se sastoji Zemljina atmosfera? Savremeni naučnici mogu precizno odrediti njegove komponente. Procenat azota - više od 75%. Kiseonik - 23%. Argon - nešto više od 1 posto. Poprilično: ugljični dioksid, neon, helijum, metan, vodonik, ksenon i neke druge supstance. Sadržaj vode kreće se od 0,2% do 2,5% u zavisnosti od klimatska zona. Sadržaj ugljičnog dioksida je također promjenjiv. Neke karakteristike moderne Zemljine atmosfere direktno zavise od ljudske industrijske aktivnosti.
Zemljina kugla ima nekoliko školjki: - vazdušnu, - vodenu, - čvrstu ljusku.
Treći izvan udaljenosti od Sunca Planeta Zemlja ima radijus od 6370 km, prosječnu gustinu od 5,5 g/cm2. U unutrašnjoj strukturi Zemlje uobičajeno je razlikovati sljedeće slojeve:
Zemljina kora — gornji sloj Zemlja u kojoj mogu postojati živi organizmi. Debljina zemljine kore može biti od 5 do 75 km.
mantle- čvrsti sloj koji se nalazi ispod zemljine kore. Njegova temperatura je prilično visoka, ali supstanca je u čvrstom stanju. Debljina plašta je oko 3.000 km.
jezgro- centralni dio globusa. Njegov radijus je oko 3.500 km. Temperatura unutar jezgra je veoma visoka. Vjeruje se da se jezgro sastoji uglavnom od rastopljenog metala,
verovatno gvožđe.
Zemljina kora
Postoje dva glavna tipa zemljine kore - kontinentalna i okeanska, plus srednja, subkontinentalna.
Zemljina kora je tanja ispod okeana (oko 5 km), a deblja ispod kontinenata (do 75 km). Heterogen je, razlikuju se tri sloja: bazalt (koji leži na dnu), granit i sedimentni (gornji). Kontinentalna kora se sastoji od tri sloja, dok okeanska kora nema granitni sloj. Zemljina kora se formirala postepeno: prvo je formiran bazaltni sloj, zatim sloj granita; sedimentni sloj nastavlja da se formira do danas.
- supstanca koja čini zemljinu koru. Stene se dele u sledeće grupe:
1. Magmatske stijene. Nastaju kada se magma stvrdne duboko u zemljinoj kori ili na površini.
2. Sedimentne stijene. Nastaju na površini, nastaju od proizvoda razaranja ili promjene drugih stijena i bioloških organizama.
3. Metamorfne stijene. Nastaju u debljini zemljine kore od drugih stijena pod utjecajem određenih faktora: temperature, pritiska.
Unutrašnjost Zemlje je veoma tajanstvena i praktično nepristupačna. Nažalost, još ne postoji takav aparat kojim se može proniknuti i proučavati unutrašnja struktura Zemlje. Istraživači su to otkrili na ovog trenutka najdublji rudnik na svijetu dubok je 4 km i najdublji dubok bunar se nalazi Kola Peninsula i udaljena je 12 km.
Međutim, utvrđeno je određeno znanje o dubinama naše planete. Naučnici su proučavali njegovu unutrašnju strukturu pomoću seizmička metoda. osnovu ovu metodu, je mjerenje vibracija tokom zemljotresa ili vještačkih eksplozija proizvedenih u utrobi Zemlje. Supstance različite gustine i sastava prolaze kroz vibracije sa određene brzine. Šta je dozvoljeno uz pomoć specijalnih uređaja izmjerite ovu brzinu i analizirajte rezultate.
Mišljenje naučnika
Istraživači su otkrili da naša planeta ima nekoliko školjki: zemljinu koru, plašt i jezgro. Naučnici vjeruju da je prije otprilike 4,6 milijardi godina počelo raslojavanje Zemljine unutrašnjosti i nastavlja se raslojavati do danas. Po njihovom mišljenju, sve teške supstance se spuštaju u centar Zemlje, spajajući se sa jezgrom planete, a lakše supstance se dižu i postaju zemljina kora. Kada se završi unutrašnja stratifikacija, naša planeta će postati hladna i mrtva.
Zemljina kora
To je najtanja ljuska planete. Njegov udio je 1% ukupne mase Zemlje. Ljudi žive na površini zemljine kore i iz nje izvlače sve što im je potrebno za preživljavanje. U zemljinoj kori, na mnogim mjestima, nalaze se rudnici i bunari. Njegov sastav i struktura proučavaju se pomoću uzoraka prikupljenih sa površine.
Mantle
To je najobimnija ljuska na Zemlji. Njegova zapremina i masa čine 70-80% ukupne planete. Plašt se sastoji od čvrste materije, ali manje gustoće od materijala jezgra. Što je plašt dublji, to su njegova temperatura i pritisak veći. Plašt ima djelomično otopljeni sloj. Sa ovim slojem čvrste materije krećući se prema Zemljinom jezgru.
Core
Je centar zemlje. Ima veoma visoku temperaturu (3000 - 4000 o C) i pritisak. Jezgro se sastoji od najgušćih i najtežih tvari. Čini oko 30% ukupne mase. Čvrsti dio jezgra lebdi u svom tekućem sloju, stvarajući tako Zemljino magnetsko polje. Zaštitnik je života na planeti, štiteći je od kosmičkih zraka.
Naučno-popularni film o formiranju našeg svijeta
| · · | |
Struktura ljuske Zemlje. Fizičko stanje (gustina, pritisak, temperatura), hemijski sastav, kretanje seizmičkih talasa u unutrašnjosti Zemlje. Zemaljski magnetizam. Izvori unutrašnje energije planete. Starost Zemlje. Geohronologija.
Zemlja, kao i druge planete, ima strukturu ljuske. Kada seizmički talasi (longitudinalni i poprečni) prolaze kroz telo Zemlje, njihove brzine na nekim dubokim nivoima se primetno (i naglo) menjaju, što ukazuje na promenu svojstava sredine koju prođu talasi. Moderne ideje o raspodjeli gustine i pritiska unutar Zemlje date su u tabeli.
Promjene gustine i pritiska sa dubinom unutar Zemlje
(S.V. Kalesnik, 1955.)
|
Dubina, km |
Gustina, g/cm 3 |
Pritisak, milion atm |
Tabela pokazuje da u centru Zemlje gustina dostiže 17,2 g/cm 3 i da se posebno naglim skokom menja (sa 5,7 na 9,4) na dubini od 2900 km, a zatim na dubini od 5 hiljada km. Prvi skok omogućava izolaciju gustog jezgra, a drugi - da se ovo jezgro podijeli na vanjske (2900-5000 km) i unutrašnje (od 5 hiljada km do centra) dijelove.
Zavisnost brzine uzdužnog i poprečni talasi iz dubine
|
Dubina, km |
Uzdužna brzina talasa, km/sec |
Brzina posmičnog talasa, km/sec |
|
60 (vrh) | ||
|
60 (dole) | ||
|
2900 (vrh) | ||
|
2900 (dolje) | ||
|
5100 (vrh) | ||
|
5100 (dolje) | ||
Dakle, u suštini postoje dvije oštre promjene brzina: na dubini od 60 km i na dubini od 2900 km. Drugim riječima, zemljina kora i unutrašnje jezgro su jasno razdvojeni. U srednjem pojasu između njih, kao i unutar jezgre, postoji samo promjena u brzini povećanja brzina. Takođe se vidi da je Zemlja u čvrstom stanju do dubine od 2900 km, jer Kroz ovu debljinu slobodno prolaze poprečni elastični valovi (posmični valovi), koji jedini mogu nastati i širiti se u čvrstom mediju. Prolazak poprečnih talasa kroz jezgro nije primećen, što je dalo razlog da se smatra tečnim. Međutim, najnoviji proračuni pokazuju da je modul smicanja u jezgru mali, ali još uvijek nije jednak nuli (kao što je tipično za tekućinu) te je stoga Zemljino jezgro bliže čvrstom nego tekućem stanju. Naravno, u ovom slučaju koncepti "čvrstog" i "tečnog" ne mogu se poistovetiti sa sličnim konceptima primenjenim na agregatna stanja materije na zemljine površine: dominiraju unutar Zemlje visoke temperature i ogromnim pritiscima.
Dakle, unutrašnja struktura Zemlje podijeljena je na koru, plašt i jezgro.
Zemljina kora - prva ljuska čvrstog tijela Zemlje, ima debljinu od 30-40 km. Po zapremini je 1,2% zapremine Zemlje, po masi - 0,4%, prosječna gustina jednako 2,7 g/cm3. Sastoji se uglavnom od granita; sedimentne stijene su u njemu od podređenog značaja. Granitna ljuska, u kojoj silicij i aluminij igraju ogromnu ulogu, naziva se "sialic" ("sial"). Zemljina kora je odvojena od plašta seizmičkim presjekom tzv Moho granica, po imenu srpskog geofizičara A. Mohorovičića (1857-1936), koji je otkrio ovaj „seizmički presek“. Ova granica je jasna i uočava se na svim mjestima na Zemlji na dubinama od 5 do 90 km. Moho dionica nije samo granica između stijena različitih tipova, već predstavlja ravan faznog prijelaza između eklogita i gabra plašta i bazalta zemljine kore. Prilikom prijelaza iz plašta u koru, pritisak toliko pada da se gabro pretvara u bazalte (silicijum, aluminijum + magnezijum - "sima" - silicijum + magnezijum). Prijelaz je praćen povećanjem volumena za 15% i, shodno tome, smanjenjem gustoće. Moho površina se smatra donjom granicom zemljine kore. Važna karakteristika ove površine je da je generalni nacrt To je, takoreći, zrcalna slika reljefa zemljine površine: ispod okeana je više, ispod kontinentalnih ravnica niže, ispod najviših planina se spušta najniže (to su tzv. korijeni planine).
Postoje četiri tipa zemljine kore; oni odgovaraju četiri najveća oblika Zemljine površine. Prvi tip se zove kopno, debljina mu je 30-40 km, pod mladim planinama raste do 80 km. Ovaj tip zemljine kore reljefno odgovara kontinentalnim izbočinama (uključen je i podvodni rub kontinenta). Najčešća podjela je na tri sloja: sedimentni, granit i bazalt. Sedimentni sloj, debljine do 15-20 km, složeno slojevitih sedimenata(prevladavaju gline i škriljci, široko su zastupljene pješčane, karbonatne i vulkanske stijene). granitni sloj(debljine 10-15 km) sastoji se od metamorfnih i magmatskih kiselih stijena sa sadržajem silicijum-dioksida od preko 65%, po svojstvima sličnih granitu; najčešći su gnajsi, granodiorit i diorit, graniti, kristalni škriljci). Donji sloj, najgušći, debljine 15-35 km, naziva se bazalt zbog svoje sličnosti sa bazaltima. Prosječna gustina kontinentalne kore je 2,7 g/cm3. Između slojeva granita i bazalta nalazi se Conradova granica, nazvana po austrijskom geofizičaru koji ju je otkrio. Nazivi slojeva - granit i bazalt - su proizvoljni, dati su prema brzini prolaska seizmičkih valova. Moderno ime slojevi se donekle razlikuju (E.V. Khain, M.G. Lomize): drugi sloj se naziva granit-metamorfnim, jer U njemu gotovo da nema granita, sastavljen je od gnajsa i kristalnih škriljaca. Treći sloj je granulit-bazit, formiran je od visoko metamorfoziranih stijena.
Drugi tip zemljine kore – prelazni ili geosinklinalni – odgovara prijelaznim zonama (geosinklinalama). Tranzicione zone se nalaze uz istočne obale evroazijskog kontinenta, na istočnoj i zapadne obale Sjeverna i Južna Amerika. Imaju sljedeću klasičnu strukturu: rubni morski bazen, otočni lukovi i dubokomorski rov. Ispod bazena mora i dubokomorskih rovova nema granitnog sloja; zemljina kora se sastoji od sedimentnog sloja povećane debljine i bazalta. Granitni sloj se javlja samo u otočnim lukovima. Prosječna debljina geosinklinalnog tipa zemljine kore je 15-30 km.
Treći tip - oceanic Zemljina kora odgovara dnu okeana, debljina kore je 5-10 km. Ima dvoslojnu strukturu: prvi sloj je sedimentni, formiran od glinovito-silicijumsko-karbonatnih stijena; drugi sloj čine holokristalne magmatske stijene osnovnog sastava (gabro). Između sedimentnog i bazaltnog sloja nalazi se međusloj koji se sastoji od bazaltne lave sa međuslojevima sedimentnih stijena. Stoga se ponekad govori o troslojnoj strukturi okeanske kore.
Četvrta vrsta - riftogeni zemljine kore, karakteristična je za srednjeokeanske grebene, debljina joj je 1,5-2 km. Na srednjeokeanskim grebenima, stijene plašta se približavaju površini. Debljina sedimentnog sloja je 1-2 km, bazaltni sloj u riftovim dolinama se izbija.
Postoje koncepti "zemljine kore" i "litosfere". Litosfera– stenoviti omotač Zemlje, formiran od zemljine kore i dela gornjeg omotača. Njegova debljina je 150-200 km, ograničena je astenosferom. Samo gornji dio litosfere naziva se zemljina kora.
Mantle po zapremini čini 83% zapremine Zemlje i 68% njene mase. Gustina supstance se povećava na 5,7 g/cm3. Na granici sa jezgrom temperatura se povećava na 3800 0 C, pritisak - na 1,4 x 10 11 Pa. Gornji plašt se razlikuje do dubine od 900 km, a donji plašt do dubine od 2900 km. U gornjem plaštu na dubini od 150-200 km nalazi se sloj astenosfere. Astenosfera(grč. asthenes - slab) - sloj smanjene tvrdoće i čvrstoće u gornjem plaštu Zemlje. Astenosfera je glavni izvor magme, gdje se nalaze centri za hranjenje vulkana i pomiču litosferske ploče.
Core zauzima 16% zapremine i 31% mase planete. Temperatura u njemu dostiže 5000 0 C, pritisak - 37 x 10 11 Pa, gustina - 16 g/cm 3. Jezgro je podijeljeno na vanjsko, do dubine od 5100 km, i unutrašnje. Vanjsko jezgro je rastopljeno i sastoji se od željeza ili metaliziranih silikata, unutrašnje jezgro je čvrsto, željezo-nikl.
Masa nebeskog tijela ovisi o gustini materije; masa određuje veličinu Zemlje i silu gravitacije. Naša planeta ima dovoljnu veličinu i gravitaciju, zadržava hidrosferu i atmosferu. U Zemljinom jezgru dolazi do metalizacije materije, uzrokujući stvaranje električnih struja i magnetosfere.
Oko Zemlje postoje različita polja, a najznačajniji uticaj na GO ima gravitaciono i magnetno.
Gravitaciono polje na Zemlji je to gravitaciono polje. Gravitacija je rezultujuća sila između sile privlačenja i centrifugalne sile koja se javlja kada se Zemlja rotira. Centrifugalna sila dostiže svoj maksimum na ekvatoru, ali i ovdje je mala i iznosi 1/288 sile gravitacije. Sila gravitacije na Zemlji uglavnom zavisi od sile privlačenja, na koju utiče raspored masa unutar Zemlje i na površini. Sila gravitacije djeluje posvuda na zemlji i usmjerena je uzdužno prema površini geoida. Jačina gravitacionog polja opada ravnomjerno od polova prema ekvatoru (na ekvatoru je centrifugalna sila veća), od površine prema gore (na visini od 36.000 km je nula) i od površine prema dolje (u središtu na Zemlji je sila gravitacije nula).
Normalno gravitaciono polje Oblik Zemlje je ono što bi Zemlja imala da ima oblik elipsoida sa ravnomjernom raspodjelom masa. Stvarna jačina polja u određenoj tački se razlikuje od normalne i dolazi do anomalije gravitacionog polja. Anomalije mogu biti pozitivne i negativne: planinski lanci stvaraju dodatnu masu i trebali bi uzrokovati pozitivne anomalije, okeanski rovovi, naprotiv, negativne. Ali u stvari, Zemljina kora je u izostatskoj ravnoteži.
Izostazija (od grčkog isostasios - jednak po težini) - balansiranje čvrste, relativno lagane zemljine kore sa težim gornjim omotačem. Teoriju ravnoteže iznio je 1855. godine engleski naučnik G.B. Vazdušno. Zahvaljujući izostazi, višak mase iznad teorijske razine ravnoteže odgovara manjku ispod. To se izražava u činjenici da na određenoj dubini (100-150 km) u sloju astenosfere materija teče do onih mjesta gdje postoji nedostatak mase na površini. Samo ispod mladih planina, gdje kompenzacija još nije u potpunosti nastupila, uočene su slabe pozitivne anomalije. Međutim, ravnoteža se stalno narušava: sediment se taloži u okeanima, a okeansko dno se savija pod njegovom težinom. S druge strane, planine su uništene, njihova visina se smanjuje, a samim tim i masa.
Gravitacija stvara oblik Zemlje; ona je jedna od vodećih endogenih sila. Zahvaljujući tome padaju atmosferske padavine, teku rijeke, formiraju se horizonti podzemnih voda i uočavaju se procesi nagiba. Gravitacija objašnjava maksimalnu visinu planina; Vjeruje se da na našoj Zemlji ne mogu biti planine veće od 9 km. Gravitacija drži gasne i vodene ljuske planete zajedno. Samo najlakši molekuli - vodonik i helijum - napuštaju atmosferu planete. Maseni pritisak materije, ostvaren u procesu gravitacione diferencijacije u donjem plaštu, zajedno sa radioaktivnim raspadom, generiše toplotnu energiju – izvor unutrašnjih (endogenih) procesa koji obnavljaju litosferu.
Toplotni režim površinskog sloja zemljine kore (u prosjeku do 30 m) ima temperaturu koju određuje sunčeva toplina. Ovo heliometrijskog sloja doživljavaju sezonske fluktuacije temperature. Ispod je još tanji horizont konstantna temperatura(oko 20 m), što odgovara prosječnoj godišnjoj temperaturi mjesta osmatranja. Ispod trajnog sloja temperatura raste sa dubinom - geotermalni sloj. Za kvantificiranje veličine ovog povećanja, dva međusobno povezana koncepta. Promjena temperature pri ulasku 100 m dublje u tlo naziva se geotermalni gradijent(varijira od 0,1 do 0,01 0 S/m i zavisi od sastava stena, uslova njihovog nastanka), a rastojanje viska do koje je potrebno ići dublje da bi se postiglo povećanje temperature za 1 0 naziva se geotermalna faza(varijira od 10 do 100 m/0 C).
Zemaljski magnetizam - svojstvo Zemlje koje određuje postojanje magnetskog polja oko nje uzrokovano procesima koji se odvijaju na granici jezgra-plašt. Čovječanstvo je po prvi put saznalo da je Zemlja magnet zahvaljujući radovima W. Gilberta.
Magnetosfera – područje blizu Zemlje ispunjeno nabijenim česticama koje se kreću u magnetskom polju Zemlje. Od interplanetarnog prostora je odvojen magnetopauzom. Ovo je vanjska granica magnetosfere.
Formiranje magnetnog polja temelji se na unutarnjim i vanjskim razlozima. Konstantno magnetsko polje nastaje zbog električnih struja koje nastaju u vanjskom jezgru planete. Solarni korpuskularni tokovi formiraju Zemljino naizmjenično magnetno polje. Magnetne karte pružaju vizuelni prikaz stanja Zemljinog magnetnog polja. Magnetne karte se sastavljaju za petogodišnji period – magnetsku eru.
Zemlja bi imala normalno magnetsko polje da je jednolično magnetizirana sfera. U prvoj aproksimaciji, Zemlja je magnetni dipol - to je štap čiji krajevi imaju suprotne magnetne polove. Mjesta gdje se magnetska os dipola seče sa površinom Zemlje nazivaju se geomagnetnih polova. Geomagnetski polovi se ne poklapaju sa geografskim i kreću se sporo brzinom od 7-8 km/god. Odstupanja stvarnog magnetnog polja od normale (teorijski izračunate) nazivaju se magnetske anomalije. Mogu biti globalni (Istočnosibirski oval), regionalni (KMA) i lokalni, povezani sa bliskim pojavljivanjem magnetnih stijena na površini.
Magnetno polje karakteriziraju tri veličine: magnetna deklinacija, magnetna inklinacija i snaga. Magnetna deklinacija- ugao između geografskog meridijana i smjera magnetske igle. Deklinacija je istočna (+), ako sjeverni kraj igle kompasa odstupa istočno od geografskog, i zapadna (-), kada strelica odstupa prema zapadu. Magnetni nagib- ugao između vodoravne ravnine i smjera magnetske igle obješene na horizontalnu os. Nagib je pozitivan kada je sjeverni kraj strelice usmjeren prema dolje, a negativan kada je sjeverni kraj usmjeren prema gore. Magnetski nagib varira od 0 do 90 0 . Jačinu magnetnog polja karakteriše tenzija. Jačina magnetnog polja je mala na ekvatoru 20-28 A/m, na polu – 48-56 A/m.
Magnetosfera ima oblik suze. Na strani koja je okrenuta Suncu, njen poluprečnik je jednak 10 poluprečnika Zemlje, a na noćnoj strani, pod uticajem "sunčevog vetra", povećava se na 100 radijusa. Oblik je posljedica utjecaja Sunčevog vjetra, koji, nailazeći na Zemljinu magnetosferu, teče oko nje. Nabijene čestice, dostižući magnetosferu, počinju se kretati uzduž magneta dalekovodi i formu radijacioni pojasevi. Unutrašnji radijacijski pojas sastoji se od protona i ima maksimalnu koncentraciju na nadmorskoj visini od 3500 km iznad ekvatora. Vanjski pojas formiraju elektroni i proteže se do 10 radijusa. Na magnetnim polovima visina radijacijskih pojaseva se smanjuje i ovdje nastaju područja u kojima nabijene čestice prodiru u atmosferu, ionizirajući atmosferske plinove i uzrokujući aurore.
Geografski značaj magnetosfere je veoma velik: ona štiti Zemlju od korpuskularnog sunčevog i kosmičkog zračenja. Magnetne anomalije su povezane s potragom za mineralima. Magnetne linije sile pomažu turistima i brodovima da se kreću u svemiru.
Starost Zemlje. Geohronologija.
Zemlja je nastala kao hladno tijelo iz nakupine čvrstih čestica i tijela poput asteroida. Među česticama je bilo i radioaktivnih. Kada su ušli u Zemlju, tamo su se raspali, oslobađajući toplotu. Iako je veličina Zemlje bila mala, toplota je lako izlazila u međuplanetarni prostor. Ali s povećanjem zapremine Zemlje, proizvodnja radioaktivne topline počela je premašivati njeno curenje, akumulirala je i zagrijala crijeva planete, uzrokujući njihovo omekšavanje. Plastična država koja je otvorila mogućnosti za gravitacionu diferencijaciju materije– isplivavanje lakših mineralnih masa na površinu i postepeno spuštanje težih u centar. Intenzitet diferencijacije je nestao sa dubinom, jer u istom smjeru, zbog povećanja tlaka, povećao se i viskozitet tvari. Zemljino jezgro nije zarobljeno diferencijacijom i zadržalo je svoj izvorni silikatni sastav. Ali naglo se zgusnuo zbog najvećeg pritiska, koji je prelazio milion atmosfera.
Starost Zemlje određuje se radioaktivnom metodom, koja se može primijeniti samo na stijene koje sadrže radioaktivne elemente. Ako pretpostavimo da je sav argon na Zemlji produkt raspadanja kalijuma-49, tada će starost Zemlje biti najmanje 4 milijarde godina. Proračuni O.Yu. Schmidt daje još veću cifru - 7,6 milijardi godina. IN AND. Da bi izračunao starost Zemlje, Baranov je uzeo odnos između savremenih količina uranijuma-238 i aktinouranija (uranijum-235) u stenama i mineralima i dobio starost uranijuma (supstance iz koje je planeta kasnije nastala) od 5- 7 milijardi godina.
Dakle, starost Zemlje je određena u rasponu od 4-6 milijardi godina. Istorija razvoja Zemljine površine do sada se mogla direktno rekonstruisati u opštim crtama tek počev od onih vremena iz kojih su sačuvane najstarije stene, odnosno otprilike 3-3,5 milijardi godina (Kalesnik S.V.).
Istorija Zemlje se obično deli na dva dela eon: kriptozoik(skriveno i život: nema ostataka skeletne faune) i fanerozoik(eksplicitno i životno) . Kriptoza sadrži dva ere: arhejska i proterozojska. Fanerozoik obuhvata poslednjih 570 miliona godina, uključujući Paleozoik, mezozoik i kenozoik, koji se, pak, dijele na periodi.Često se naziva cijeli period prije fanerozoika Prekambrij(Kambrij - prvo razdoblje paleozojske ere).
Periodi paleozojske ere:
Periodi mezozojske ere:
Periodi kenozojske ere:
Paleogen (epohe – paleocen, eocen, oligocen)
neogen (epohe – miocen, pliocen)
Kvartar (epohe - pleistocen i holocen).
Zaključci:
1. Sve manifestacije unutrašnjeg života Zemlje zasnivaju se na transformaciji toplotne energije.
2. U zemljinoj kori temperatura raste sa rastojanjem od površine (geotermalni gradijent).
3. Toplota Zemlje potiče od raspadanja radioaktivnih elemenata.
4. Gustina Zemljine tvari raste sa dubinom od 2,7 na površini do 17,2 u centralnim dijelovima. Pritisak u centru Zemlje dostiže 3 miliona atm. Gustina se naglo povećava na dubinama od 60 i 2900 km. Otuda zaključak – Zemlja se sastoji od koncentričnih školjki koje se grle.
5. Zemljina kora se sastoji prvenstveno od stena kao što su graniti, koji su podvučeni stenama kao što su bazalt. Starost Zemlje je određena na 4-6 milijardi godina.