Солнечная система и строение Земли

Солнечная система состоит из 9 планет, которые расположены в следующем порядке: Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Все планеты движутся в одном направлении, в единой плотности (за исключением Плутона) по почти круговым орбитам. От центра до окраины Солнечной системы (до Плутона) 5,5 световых лет. Расстояние от Солнца до Земли 149 млн. км, что составляет 107 его диаметров.

Малые планеты, как и большинство спутников планет, не имеют атмосферы, так как силы тяготения на их поверхности недостаточно для удержания газа. В атмосфере Венера преобладает углекислый газ, а в атмосфере Юпитера - аммиак. На Луне и Марсе имеются кратеры вулканического происхождения. Радиус Земли – 6,3 тыс. км, масса - 6²¹ т, плотность – 5,5 г/см³. Исследования показывают, что полюса на Земле менялись, и когда-то Антарктида была вечноземной. Вечная мерзлота образовалась 100 тыс. лет назад после великого оледенения.

Земля образовалась около 5 миллиардов лет назад. Первичное вещество планеты сжималось под действием тяготения, принимало форму шара, недра которого разогревались вследствие радиоактивного распада химических элементов. Происходили процессы перемешивания, шли химические реакции, боле легкие силикатные породы выдавливались из глубины на поверхность и образовали земную кору, тяжелые – остались внутри. Разогревание сопровождались бурной вулканической деятельностью, при этом пары и газы вырывались наружу. В процессе вулканической деятельности рождалась земная атмосфера, а водяные пары конденсировались в океанах

Планета Земля состоит из земной коры, мантии и ядра. Земную кору покрывает гидросфера – жидкая оболочка и атмосфера – газовая оболочка. Твердая оболочка Земли делится на две основные части – земную кору и мантию. Верхняя часть твердой оболочки – земная кора – имеет толщину в среднем несколько десятков километров. На материках она равна 30 – 40 км, под Памиром и Андами – 70 – 80 км, а под океаном – до 10 км. Самая верхняя часть земной коры на континентах в значительной мере состоит из осадочных пород. В них находят останки вымерших животных и растительных организмов, когда-то населявших Землю.

Самая глубокая геосфера Земли – ядроимеет радиус около 3,5 тыс. км и состоит из внешней оболочки, находящейся в жидком состоянии и внутреннего твердого субъядра. Температура в центре ядра достигает около 5000 ^оС, плотность 12,5 т/м³ . Предлагается, что субъядро похоже по составу на железный метеорит, содержащий 80% железа и 20% никеля. Внешняя оболочка ядра содержит железо (52%) и смесь железа с серой (48%). С её жидким состоянием связывают природу земного магнетизма.

Между ядром и земной корой расположена мантия– самая массивная часть Земли, составляющая около 83% её объема. Температура мантии равна 2000-2500 ^оС. Мантия состоит из различных силикатов — соединений, содержащих кремний. Происходящие в ней процессы, обуславливают тектоническое движение, образование магмы и вулканическую активность. Верхняя часть мантии вместе с земной корой образует литосферу – внешнюю сферу твердой части Земли. В соответствии с гипотезой новой глобальной тектоники – науки о развитии структуры земной коры – литосфера разбита на крупные плиты, которые перемещаются в горизонтальном направлении. Литосферные плиты представляют собой крупные блоки земной коры, включающие не только континентальную, но и сопряженную с ней океаническую кору: они ограничены со всех сторон сейсмическими и активными тектоническими зонами разломов. По последним данным, из-за смещений литосферной континентальной плиты Эверест ежегодно растет на 2,5-5 см. На основе теории, объясняющей динамику процессов в земной коре, появилась возможность объяснить природу и процессы извержения вулканов и землетрясений.

Гидросфера – водная оболочка Земли, в отличие от литосферы и атмосферы, покрывает земной шар лишь на 70% его поверхности, К гидросфере относится Мировой океан и воды суши: реки, озера, подземные воды, ледники. Все они связаны между собой в планетарном процессе круговорота воды, газов и минеральных солей.

Атмосфера Земли представляет собой газовое образование, которое окутывает нашу планету сплошной оболочкой. Верхняя граница атмосферы лежит на высоте более 2000 км. Атмосфера сохраняет тепло солнечных лучей, защищает животный и растительный мир от вредного воздействия солнечных ультрафиолетовых и космических лучей. Без атмосферы солнечные лучи раскалили бы освещенную сторону Земли, на неосвещенной был бы ледяной холод, а наша планета была бы такой же безжизненной, как Луна.

Установлено, что по вертикали атмосфера неоднородна. С высотой изменяется не только атмосферное давление, плотность и температура воздуха, но и электрическое состояние атмосферы, а на больших высотах и её состав. Поэтому в атмосфере выделяют несколько сфер с различными физическими свойствами. К числу этих сфер относятся: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера (или ионосфера), экзосфера.

Тропосфера простирается от поверхности Земли до высоты 8-12 км в умеренных и высоких широтах и до 16-17 км – в тропической и экваториальной зоне. В тропосфере находится почти весь водяной пар. Поэтому только здесь возникают облака и выпадают дожди, снег, град, наблюдаются грозы, ливни, метели, гололед и т.д. Характерная особенность тропосферы – понижение температуры в среднем на 6 ^оС на каждый километр высоты.

Над тропосферой находится стратосфера. Её нижняя граница расположена на высотах 8–17 км, а верхняя – 50-55 км. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой: в экваториальной зоне от – 40 ^оС , а в полярных зонах от -80 ^оС – до температур, близких к 0 ^оС. Стратосфера отличается от тропосферы малой турбулентностью воздушных масс и ничтожным содержанием водяного пара. Слой воздуха, отделяющий тропосферу от стратосферы, называют тропопаузой. Это сравнительно тонкий слой атмосферы, измеряемый десятками и сотнями метров.

Выше стратосферы до высот порядка 80 км находится мезосфера. В ней температура с высотой падает и у верхней границы составляет – 80 ^оС. Переходный слой между стратосферой и мезосферой называют стратопаузой.

Между высотами 80 км и 800 км располагается термосфера. На высоте около 100 км температура переходит через 0 ^оС, в слое 150–200 км она доходит до 500 ^оС, а на высотах 500–600 км превышает 1500 ^оС. В верхней термосфере температура достигает почти 2000 ^оС. Но значит ли это, что, попав туда, мы с нашей ракетой попадем в ад? Отнюдь нет! Здесь настолько глубокий вакуум, что понятие температуры приобретает смысл, отличный от принятого нами в повседневной жизни. Находясь в обычных условиях, мы температурой измеряем степень нагретости тела. В случае газа это значит, что чем выше температура газа, тем больше скорость его молекул. Другими словами, чем быстрее движутся частицы газа, тем больше температура. Говорить о температуре одной частицы нельзя. Можно говорить только о температуре всего газа. Частицы газа должны сталкиваться и обмениваться друг с другом энергией. Чем меньше плотность газа, тем реже сталкиваются частицы, из которых он состоит. Кинетическая энергия частиц в термосфере очень велика, поэтому высока их кинетическая температура. Но эту высокую температуру мы, оказавшись там, были бы не в состоянии почувствовать, поскольку плотность газа ничтожно мала. Более того, та часть нашего тела, на которую не падали бы солнечные лучи, испытывала бы ледяной холод. В термосфере газы находятся большей частью в атомарном, ионизированном состоянии. Учитывая способность газов термосферы ионизироваться, её также называют ионосферой.

Выше термосферы имеется ещё одна сфера – экзосфера («экзо» – «внешняя»). Эта область атмосферы названа так потому, что находящиеся здесь частицы могут иметь скорости, которые больше первой космической скорости (11, 2 км/с). При таких скоростях частицы преодолевают силу земного притяжения и уносятся за пределы земной атмосферы.