«Планета Земля» (стр. 3 из 8)
На глубину примерно от 35 до 2885 километров простирается мантия Земли, которую называют также силикатной оболочкой. Она отделяется от коры резкой границей (так называемая граница Мохоровичича, или «Мохо»), глубже которой скорости как продольных, так и поперечных упругих сейсмических волн, а также механическая плотность скачкообразно возрастают. Плотности в мантии увеличиваются по мере возрастания глубины примерно от 3,3 до 9,7 г/см3.
Последние исследования, проведенные в Гарварде на основании сведения о более 300 тысячах землетрясений, произошедших в 1964-1994 годах, показали, что существует внутренняя часть внутреннего ядра - диаметром около 600 километров с температурой в центре Земли до 7500 Кельвинов.
В коре и (частично) в мантии располагаются обширные литосферные плиты. Их вековые перемещения не только определяют дрейф континентов, заметно влияющий на облик Земли, но имеют отношение и к расположению сейсмических зон на планете. По планетарным понятиям поверхность Земли очень молода. Базальтовые породы, формирующие дно океанов, - одни из самых молодых. Докембрийские щиты, которые
занимают около 10% поверхности, самые старые и наиболее близкие к покрытой кратерами поверхности других планет. Погодные процессы сгладили на поверхности Земли все следы имевшихся на ней когда-то кратеров, за исключением лишь нескольких.Еще одна обнаруженная сейсмическими методами граница (граница Гуттенберга) — между мантией и внешним ядром —располагается на глубине 2775 километров. На ней скорость продольных волн падает от 13,6 километра в секунду (в мантии) до 8,1 километра (в ядре), а скорость поперечных волн уменьшается от 7,3 километра в секунду до нуля. Последнее означает, что внешнее ядро является жидким. По современным представлениям внешнее ядро состоит из серы (12%) и железа (88%). Наконец, на глубинах свыше 5120 километров сейсмические методы обнаруживают наличие твердого внутреннего ядра, на долю которого приходится 1,7% массы Земли. Предположительно, это железо-никелевый сплав (80% Fe, 20% Ni).
Химический состав в процентах к массе Земли
| Мантия | Ядро | ||||
| SiO2 | 31,16 | CaO | 2,16 | Fe | 23,6 |
| Mg | 25,86 | Na2O | 0,39 | Si | 4,0 |
| Fe2O3 | 5,55 | FeO | 0,31 | Ni | 3,6 |
| Al2O3 | 2,44 | остальные | 1,16 | ||
В числе многих химических элементов, входящих в состав Земли, имеются и радиоактивные. Их распад, а также гравитационная дифференциация (перемещение более плотных веществ в центральные, а менее плотных в периферические области планеты) приводят к выделению тепла. Температура в центральной части Земли порядка 5000 °С. Максимальная температура на поверхности приближается к 60 °С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), а минимальная составляет около -90 °С (в центральных районах Антарктиды).
Давление монотонно возрастает с глубиной от 0 до 3,61 гигопаскалей. Тепло из недр Земли передается к ее поверхности благодаря теплопроводности и конвекции.
Плотность в центре Земли около 12,5 г/см3.
Атмосфера Земли
АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ (от греч. atmos — пар и сфера), воздушная среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею; масса около 5,15·1015 тонн. По плотности атмосферы она занимает промежуточное место между Венерой и Марсом. Она уникальна в том отношении, что обладает обширными запасами жидкой воды. Сложное взаимодействие между океаном, атмосферой и планетарной поверхностью определяет ее энергетический баланс и температурный режим. Облачный покров обычно закрывает около 50% поверхности, и теплота, остающаяся внутри атмосферы (парниковый эффект), поднимает среднюю температуру более чем на 30 градусов.
Состав ее у поверхности Земли: 78,1% азота, 21% кислорода, 0,9% аргона, в незначительных долях процента углекислый газ, водород, гелий, неон и другие газы. В нижних 20 километрах содержится водяной пар (у земной поверхности — от 3% в тропиках до 2·10-5% в Антарктиде), количество, которого с высотой быстро убывает. Углекислота - наиболее важная следовая компонента атмосферного воздуха. Высокая концентрация кислорода (возникшая примерно 2 миллиарда лет назад) является прямым результатом существования растений. Присутствие кислорода позволило сформироваться в верхних слоях атмосферы озоновому слою (на высоте 20-25 километров), который экранирует поверхность планеты от солнечного ультрафиолетового излучения, вредного для жизни.
Выше 100 километров растет доля легких газов, и на очень больших высотах преобладают гелий и водород; часть молекул разлагается на атомы и ионы, образуя ионосферу. Давление и плотность воздуха в атмосфере Земли с высотой убывают. В зависимости от распределения температуры атмосферу Земли подразделяют на тропосферу, стратосферу, мезосферу, термосферу, экзосферу. Неравномерность ее нагревания способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Атмосфера Земли обладает электрическим полем.
Все типы свечения, возникающие в верхней атмосфере Земли (ночное свечение атмосферы), исключая тепловое излучение, полярные сияния, молнии и яркие следы метеоров. Спектр ночного свечения лежит в диапазоне от 100 нанометров до 22,5 километров. Основная часть свечения возникает в слое толщиной от 30 до 40 километров на типичных высотах в 100 километров и представляет собой излучение на длине волны кислорода 558 нанометров.
Из космического пространства свечение неба выглядит как зеленоватое светлое кольцо вокруг Земли.
ТРОПОСФЕРА (от греч. tropos — поворот и сфера), нижний, основной слой атмосферы до высоты 8-10 километров в полярных, 10-12 километров в умеренных и 16-18 километров в тропических широтах. В тропосфере сосредоточено более 1/5всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, развиваются циклоны и антициклоны - все происходящие здесь процессы играют определяющую роль для формирования погоды на планете. Температура в тропосфере падает с увеличением высоты. Тропосфера сверху ограничена тропопаузой, которая соответствует переходу к более устойчивым условиям лежащей выше стратосферы.
СТРАТОСФЕРА (от лат. stratum — слой и сфера), слой атмосферы, лежащий над тропосферой от 8-10 километров в высоких широтах и от 16-18 километров вблизи экватора до 50-55 километров. Стратосфера характеризуется возрастанием температуры с высотой от -40 °С (-80 °С) до температур, близких к 0 °С, малой турбулентностью, ничтожным содержанием водного пара, повышенным по сравнению с ниже- и вышележащими слоями содержанием озона.
ОЗОН (от греч. ozon — пахнущий), О3, аллотропная модификация кислорода. Газ синего цвета с резким запахом, tкип — 112 °С, сильный окислитель. При больших концентрациях разлагается со взрывом. Образуется из О2 при электрическом разряде (например во время грозы) и под действием ультрафиолетового излучения (в стратосфере под действием ультрафиолетового излучения Солнца). Основная масса О3 в атмосфере расположена в виде слоя — озоносферы — на высоте от 10 до 50 километров с максимумом концентрации на высоте 20-25 километров. Этот слой предохраняет живые организмы на Земле от вредного влияния коротковолновой ультрафиолетовой радиации Солнца. Поглощает свет с длиной волны от 240 до 270 нанометров и сильно поглощает в интервале 200-320 нанометров, в то время как кислород в основном поглощает до 170 нанометров. Основная причина появления озона на Земле - молнии. В промышленности О3 получают действием на воздух электрического разряда. Используют для обеззараживания воды и воздуха.
ИОНОСФЕРА - верхние слои атмосферы, начиная от 50- 85 километров до 600 километров, характеризующиеся значительным содержанием атмосферных ионов и свободных электронов. Атомы и молекулы в этом слое интенсивно ионизируются под действием солнечной радиации, в частности, ультрафиолетового излучения. Перемещение заряженных частиц по магнитным силовым линиям к полярным областям на широтах от 60 до 75° приводит к появлению полярных сияний. Верхняя граница ионосферы — внешняя часть магнитосферы Земли. Причина повышения ионизации воздуха в ионосфере — разложение молекул атмосферы газов под действием ультрафиолетовой и рентгеновской солнечной радиации и космического излучения. Ионосфера оказывает большое влияние на распространение радиоволн. Состоит ионосфера из мезосферы и термосферы.
ПОЛЯРНОЕ СИЯНИЕ - быстро изменяющиеся разноцветные картины свечения, наблюдаемые время от времени на ночном или вечернем небе, обычно в высокоширотных областях Земли (как на севере, так и на юге). Зеленый и красный цвета соответствуют эмиссионным линиям атомов кислорода и молекул азота, которые возбуждаются энергичными частицами, приходящими от Солнца. Полярные сияния происходят на высотах порядка 100 километров.
Во время полярных сияний в ионосфере протекают многочисленные процессы, такие как возмущения геомагнитного поля, электрические ионосферные токи и рентгеновское излучение. В невидимых частях спектра излучается гораздо больше энергии, чем в видимом диапазоне. Появление полярных сияний связано с солнечным циклом, вращением Солнца, сезонными изменениями и магнитной активностью.
Полярные сияния принимают несколько основных форм. Спокойные дуги или полосы шириной в несколько десятков километров простираются с востока на запад на расстояния до 1000 километров. Полосы могут сворачиваться, принимая спиральную или S-образную форму. Можно увидеть и лучи, идущие вдоль магнитного поля. Пятна полярных сияний - это отдельные светящиеся области неба без образования каких-либо форм. Изредка встречаются обширные полярные сияния в форме драпри.