Земля как небесное тело

Планета Земля

Земля как небесное тело.

По многим показателям Земля - это обычная планета в Солнечной системе, которая не поражает ни размером, ни массой, ни каким-то деталями своей поверхности. И все-таки она - уникальная, потому что только на Земле в Солнечной семье существует жизнь. И не просто жизнь, а жизнь умна!

Изучение других планет Солнечной системы показало, что ни одна из них не пригодная для жизни. Лишь на Земле благодаря стечению таких космических обстоятельств, как масса и расстояние к Солнцу, а также параметры самого нашего дневного светила, смогли реализоваться условия для возникновения и сохранения жизни. Следовательно, Земля - это наш космический дом, похожего на который, возможно, нет в радиусе многих сотен или даже тысяч световых лет. И это еще больше повышает нашу ответственность за сохранение и поддержку тех условий, которыми природа наделила Землю.

Земля - это третья числом планета в Солнечной системе. Двигаясь вокруг Солнца, она вращается вокруг своей оси, наклоненной к плоскости орбиты под углом в 66,5°, и этот наклон во время движения Земли в пространстве не изменяется. Такое обстоятельство вызывает периодическое изменение времен года, ведь находясь в разных точках орбиты, Земля одними и теми же участками своей поверхности получает от Солнца разное количество тепла и света.

В первом приближении Земля имеет форму пули. Но в действительности через вращение она несколько сплющена около полюсов и выпуклая около экватора: ее полярный радиус на 21,5 км меньше экваториального.

Масса Земли, сравнивая небольшая: приблизительно в 318 раз меньше массы Юпитера, наибольшей планеты в Солнечной системе, но в 400 больше массы Плутона.

Земля окружена воздушной оболочкой - атмосферой. Атмосфера не имеет четких пределов и в соответствии с изменением температуры с высотой разделяется на несколько рдел - тропосферу, стратосферу, мезосферу и

Термосферу. За электрическими властивос¬понятливости в атмосфере на высоте 80 км и выше выделяют ионосферу, где воздух сильно ионизирован. Наличие в ионосфере прослоек, которые хорошо отбивают радиоволны, позволяет пользоваться радиосвязью.

Кроме вышеупомянутых, в атмосфере выделяют еще один слой - озоновый, в котором есть много триатомних молекул кислорода (Оз). Размещен на высоте 18-70 км над поверхностью (максимальная концентрация на высоте 25-35 км), он пов¬ністю поглощает жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца, защищая все живое от его смертоносного действия.

Воздух рассеивает синие и голубые лучи Солнца, которое обусловливает голубой цвет неба. К тому же воздушная оболочка в зависимости от величины тучевой сени отбивает в космос 30-40% солнечного света. Вот почему из космоса Земля имеет вид яркой голубой планеты.

В нашей жизни важнейшую роль играет прилегающий к земной поверхности слой атмосферы - тропосфера. В ней сосредоточенно к 80% всего воздуха, который окружает Землю, здесь же разыгрываются все погодные явления: дует ветер, образуются тучи, идет дождь или выпадает снег. Из космоса планета мало напоминает привычный школьный глобус: вместо четких очертаний материков и океанов видно переменчивый узор тучевой сени, которая охватывает больше половины диска Земли.

Водяной пар и отчасти углекислый газ задерживают в нижних слоях атмосферы значительное количество тепла, которое излучается Землей. В то же время к поверхности Земли, сравнивая свободно проходят световые солнечные лучи. Таким образом, подобно стеклу в парниках и оранжереях, атмосфера пропускает солнечные лучи внутрь, но задерживает тепло, что идет наружу. Это явление, которое называется парниковым эффектом, имеет исключительно большое значение для существования жизни на Земле.

Исчезновение водяного пара и углекислого газа из атмосферы привело бы к катастрофическому снижению температуры на планете почти на 40 кельвінів. Вместо средней температуры 288 К столбик термометра опустился бы до 248 К, что крайне негативно отразилось бы на существовании живых существ. В то же время, согласно оценкам многих ученых, за последние 100 лет через техногенную деятельность человечества количество углекислого газа в атмосфере выросло (по объему) более, чем на 10%, что привело к усилению парникового эффекта и глобальному потеплению.

Под атмосферой Земле лежат гидросфера и литосфера. В этих оболочках существует практически все живое на нашей планете.

Гидросфера - это совокупность всей воды на Земле в твердом, жидком и газообразном состоянии. Вода в жидком состоянии образует Мировой океан, который вмещает 97% всей поверхностной воды и покрывает 71% земной поверхности. Такое большое количество воды в виде жидкости выделяет Землю среди других планет Солнечной системы.

Литосфера - это твердая оболочка, которая полностью покрывает недра планеты. Однако сейсмические волны, которые распространяются во время землетрясений, помогли выяснить внутреннее строение Земли. Земные недра разделяют на такие слои: кора от 5 км толщиной под океанами и до 70 км под наивысшими горами, мантия верхняя и нижняя общей толщиной 2900 км, внешнее ядро до 2100 км толщиной и внутреннее ядро радиусом 1300 км.

Если кора и мантия в целом находятся в твердом состоянии, то внешнее ядро жидкое. Внутреннее ядро за температуры почти в 7 000 К и давлению в 3,5 млн. атм. находится в твердом состоянии.

Земля имеет постоянное магнитное поле, которое протягивается от поверхности в космос на расстояние в несколько ее радиусов. Вблизи поверхности Земли оно подобно полю линейного магнита (диполя), ось которого направлена приблизительно из севера на юг и наклонена к оси вращения планеты под углом 11°. Из-за этого магнитные полюса Земли не совпадают с ее географическими полюсами. Магнитное поле захватывает и удерживает вблизи Земли огромное количество заряженных частиц, которые приходят от Солнца. А потому вокруг Земли существуют радиационные пояса. Околоземное пространство, физические свойства которого определяются взаимодействием магнитного поля планеты с потоками заряженных частиц, называется магнитосферой.

Из-за действия потока частиц со стороны Солнца (солнечного ветра) на дневной стороне магнитные силовые линии несколько прижаты к Земле. С противоположной, ночной стороны они отклоняются солнечным ветром, образовывая "шлейф" протяжностью до 5 млн км. В области замкнутых линий геомагнитного поля существует ловушка для заряженных частиц. Геомагнитное поле захватывает и удерживает внутри магнитосферы огромное количество протонов и электронов, которые образуют радиационные пояса (рис. 13.2).

Выделяют внутренний и внешний радиационные пояса на среднем расстоянии от поверхности Земли соответственно 1 000-1 100 км и 35 000-50 000 км.

Известно, что на протяжении геологической истории Земли ее климат неоднократно изменялся (хотя в целом эти изменения не выходили за пределы условий, при которых возможное существование жизни). Геологические данные указывают на дежурство холодных периодов, когда большие участки суши укрывались льодо¬викой, а уровень Мирового океана снижался, с периодами значительного потепления, когда за северным полярным кругом изобиловала растительность.

Такие изменения связывают с определенными изменениями и движениями в земных оболочках, а также с астрономическими факторами, которые определяют количество солнечной энергии, которая поступает на Землю.

Сейчас достоверно установлено, что резкие изменения ориентации геомагнитного поля связаны с резкими колебаниями климата - появлением больших ледовых массивов (оледенений) и их следующего таяния, и похолоданиями и потеплениями, которые охватывали Землю в целом. Однако механизм этой взаимосвязи пока что не раскрыт.

Большое влияние на климат имеет состояние атмосферы, в частности количество водяного пара и углекислого газа, которые в ней содержатся. Значительное повышение содержимого водяного пара вызывает увеличение облачности, а следовательно уменьшение количеству солнечного тепла, которое поступает на поверхность. А изменение содержимого углекислого газа СОг вызывает послабление или усиление парникового эффекта, при котором углекислый газ частично поглощает тепло, излучаемое Землей в космос, задерживает его в атмосфере и повышает тем же температуру поверхности и нижних слоев атмосферы.

Известно, что явление парникового эффекта играет решающую роль в смягчении климата Земли.

Но наибольшее влияние на состояние атмосферы, а следовательно и на климат Земли во всепланетном масштабе, имеют внешние, астрономические факторы, такие как изменение потоков солнечной радиации в результате непостоянства солнечной деятельности и изменения параметров земной орбиты. Астрономическая теория колебаний климата была создана еще в 20-ые годы XX ст.

В этой теории показано, что изменение эксцентриситета орбиты Земли от возможного минимального 0,0163 к возможному максимальному 0,066 может привести к разнице количества солнечной энергии, которая падает на поверхность Земли в афелии и перигелии, на 25% за год. В зависимости от того, летом или зимой (для северного полушария) Земля проходит свой перигелий, такая величина изменения потока солнечной радиации может привести к общему похолоданию или потеплению на планете.

Теория дала возможность вычислить время ледниковых периодов в прошлом. С точностью до погрешностей определения геологических дат, век десятка предыдущих оледенений совпал с предвидениями теории. Она же позволяет ответить на вопрос, когда должно наступить следующее ближайшее оледенение: сегодня мы живем в межледниковую эпоху, и в ближайшие 5 000-10 000 лет оно нам не угрожает.