Земля
Земля кажется нам такой огромной, такой надежной и так много значит для нас, что мы не замечаем ее второстепенного положения в семье планет. Единственное слабое утешение состоит в том, что Земля - наибольшая из планет земной группы. К тому же она обладает атмосферой средней мощности, значительная часть земной поверхности покрыта тонким неоднородным слоем воды, а вокруг нее обращается величественный спутник, диаметр которого равен четверти земного диаметра. Однако этих аргументов вряд ли достаточно для того, чтобы поддерживать наше космическое самомнение. Крошечная по астрономическим масштабам, Земля - это наша родная планеты, причем единственная из планет Солнечной системы на которой наблюдается жизнь, и поэтому она заслуживает самого тщательного изучения.
Орбита
Земля движется со скоростью около 30 км/с вокруг Солнца по эллиптической орбите, мало отличающейся от окружности. Одно из доказательств обращения Земли вокруг Солнца - кажущееся смещение ближайших к нам звезд. При движении Земли вокруг Солнца ось ее остается параллельной самой себе.
Вращение
Ось вращения Земли не перпендикулярна эклиптике - плоскости земной орбиты, поэтому экватор наклонен к плоскости эклиптики на 23,5-. Свой полный оборот вокруг оси Земля совершает за 24 часа.
Температура
При движении Земли вокруг Солнца направление ее оси вращения остается неизменным в пространстве. Когда северный полюс обращен в сторону Солнца (положение а), северное полушарие получает больше солнечного света, чем южное. Полюс освещается круглосуточно (полярный день), долгота дня всюду к северу от экватора больше, чем на тех же широтах в южном полушарии. К тому же солнечные лучи падают почти перпендикулярно поверхности, так что данная область получает больше тепла и света в дневное время при большей продолжительности дня.
Через четверть периода обращения вокруг Солнца (спустя 3 месяца) Земля переместится в положение б: здесь долгота дня и ночи будет одинакова на всем земном шаре. Через половину периода (6 месяцев) южное полушарие будет нагреваться, а северное - остывать, причем на северном полюсе будет полярная ночь.
Самое теплое время года не совпадает с моментом наибольшей долготы дня и максимального освещения поверхности солнечными лучами. В северном умеренном поясе максимум солнечного освещения приходится на 21 июня (положение а) , а середина лета - время наибольших температур, наступает позднее, в июле или ближе к 1 августа. Точно так же отстают и другие сезоны. Такое запаздывание происходит потому, что поверхность Земли (самый верхний слой толщиной несколько метров и атмосфера) постепенно нагревается, по мере того как количество, получаемого от Солнца, возрастает. Температура продолжает повышаться, поскольку поступает много тепла, даже когда поток начинает понемногу ослабевать, и так продолжается до тех пор, пока скорости поступления и потерь тепла не сравняются
Интересно отметить, что Земля проходит через перигелий (ближайшую к Солнцу точку своей орбиты) в середины зимы в северном полушарии и через афелий (наиболее удаленную от Солнца точку своей орбиты) в середине лета. Казалось бы, вследствии этого сезонные различия в северном полушарии должны слегка смягчиться, а в южном полушарии диапазон температур должен быть более резко выражен. В действительноси сезонные колебания температуры в южном полушарии меньше, чем в северном. Дело в том, что океаны оказывают заметное влияние на изменения температуры атмосферы, уменьшая их, а отношение площади поверхности, покрытой водой, к площади суши в южном полушарии значительно больше, чем в северном.
Температура воздуха быстро падает с высотой в области толщиной несколько километров. Температурный минимум наблюдается в стратосфере на высоте примерно 17 км, а максимум - около 50 км, где почти достигается поверхностная температура. Выше 300 км наблюдаются лишь следы атмосферы, нагреваемые солнечным ультрафиолетовым излучением и частицами высокой энергии до температуры примерно 1500-С.
Бурение глубоких скважин показывает, что температура в общем растет с глубиной со средней скоростью 1- на каждые 50 м, хотя ее значение очень сильно меняется от места к месту. Если бы такой рост температуры продолжался до центра Земли, то температура там достигла бы весьма высокого значения 130 000-С. Однако согласно геофизическим исследованиям, она значительно ниже и равна приблизительно 6000-С. Радиоактивные элементы, такие, как уран и торий, ныне сосредоточенные, по-видимому, в основном в земной коре, дополнительно нагревают внешние слои.
Атмосфера
Земная атмосфера играет чрезвычайно важную роль в поддержании температуры в допустимых пределах. Она действует как одеяло, не допуская слишком сильного повышения температуры днем и чрезмерного понижения температуры ночью. Подобно стеклу, которое, пропуская видимый свет Солнца в оранжерею и препятствую выходу теплового, или далекого инфракрасного, излучения наружу, позволяет поддерживать в оранжерее более высокую температуру, чем снаружи, атмосфера поддерживает тепловой баланс у поверхности Земли.
В космическом пространстве, вне земной атмосферы и далеко за ее пределами температура в тени приближается к абсолютному нулю. Ясно, что терморегулирующая атмосфера необходима для существования любой активной формы жизни.
Атмосфера защищает нас не только от мелких метеоров, но и от смертоносной космической радиации. Под действием солнечных лучей в атмосфере образуется озон (молекула которого состоит из трех атомов кислорода); он образует защитный слой от более коротковолнового излучения в дальней ультрафиолетовой области, представляющего опасность для всего живого. Кислород, азот и другие химические элементы, входящие в состав атмосферы, поглощают все излучение в далекой ультрафиолетовой области ниже предела поглощения озона.
Атмосфера задерживает также многие частицы, опасные для жизни. Эти частицы с отрицательным и положительным зарядами приходят как от Солнца, так и от межзвездного пространства.
Химический состав воздуха
| Компонент | Содержание по объему, % |
| Азот Кислород Аргон Углекислый газ Неон Гелий Метан Криптон Сернистый газ Водород Водяной пар | 78,08 20,95 0,93 0,03 0,0018 0,0005 0,0002 0,0001 0,0001 0,0005 0,2 - 0,4 |
Геология
Разумеется, внутреннее строение Земли изучать гораздо сложнее, чем атмосферу, но разработаны достаточно эффективные методы, позволяющие заглянуть в земные недра.
По астрономическим данным определена средняя плотность Земли (5,52 г/см3) и форма ее поверхности; притяжение экваториального вздутия и известная плотность горных пород дают согласующиеся между собой значения плотности слоев, прилегающих к поверхности: 2,6 г/см3, т.к. вдвое меньше плотности нашей планеты.
Толщина земной коры меняется от места к месту, но, по-видимому, толщина материковой коры составляет около 40 км, а океанической коры на некоторых участках - всего лишь 6 км. Кора, вероятно, плавает на подверженном деформациям, но исключительно вязком слое - астеносфере - толщина 100-600 км. Это часть земной мантии, которая простирается от нижней границы коры до верхней границы внешнего ядра. Образование гор и протяженных деформаций коры ясно показывает, что кора подвержена движениям, которые были бы невозможны, если бы не было подстилающего слоя псевдожидкого вещества, вызывающего эти явления.
Геологические данные двух типов: климатические изменения за последние 500 млн. лет и следы древних магнитных полей, сохранившихся в древних осадочных породах и лавах, - указывают на то, что тонкая земная кора скользила по лежащим под нею слоям подобно скорлупе яйца. Это движение напоминает классический способ, позволяющий отличить сырое яйцо от сваренного вкрутую, не разбивая скорлупы. Если вращающееся сырое яйцо остановить и внезапно отпустить, то оно снова начнет вращаться. Северный полюс, возможно, располагался когда-то в Тихом океане. Земные полюса испытывают колебательное движение, возможно, периодическое, амплитудой несколько метров. Это следует из наблюдений изменений широты в различных точках земного шара.
Дрейф континентов относительно друг друга больше не вызывает сомнений. На рисунке 2 иллюстрируется, как из единого континента образовались современные континенты в соответствием с теорией, выдвинутой Альфредом Вегенером в 1924 г. Континенты отделились от общего сверхконтинента Пангеи около 200 млн. лет назад. Он довольно быстро распался, всего примерно за 20 млн. лет, при этом образовались Лавразия, к которой принадлежала также Северная Америка и Гондвана. К этому времени от Гондваны отделились Антарктида, Австралия и Индия. Южная Америка отделилась от Южной Африки несколько позже, так что Атлантическому океану всего лишь 160 млн. лет!
Современные представления о распаде Пангеи, основанные на значительно уточненных данных о возрасте горных пород, отличаются от первоначальных идей Вегнера главным образом тем, что первый большой рифт, вероятнее всего, возник вдоль кривой, лежащей между Северной и Южной Америкой и между Азией и Африкой, а не между Америками и Евразией и Африкой. Индия, очевидно, отделилась от Австралии, столкнулись с Азией и таким путем образовались Гималаи.