как работают вещи

Как работают вещи: статьи и обзоры

Главная | Форум | Как работают вещи | Знаки | Энциклопедия | Каталог сайтов | Карта | Статистика | Подписка





































Ух ты!
а вы знаете, что значит выражение играть первую скрипку? подсмотреть







Rambler's Top100




Как работают вещи: статьиКосмосКосмические объекты

Как устроена планета Земля





Среднее расстояние от Солнца 149,6 миллионов км
Экваториальный диаметр 12756 км
Период вращения 23 часа 56 мин 04 сек.
Период обращения 365,26 суток
Скорость движения по орбите 29,79 км/сек
Температура на поверхности от -55 гр C до +70 гр C
Масса 5.976*1024 кг.
Средняя плотность вещества (вода=1) 5,52 = 5517 кг/м3.
Сила тяжести на поверхности 9.7805 м/с2
Кол-во спутников 1

Земля, третья планета от Солнца, является крупнейшей из 4-х внутренних планет, имеющих схожую с земной внутреннюю структуру.




В процессе движения нашей планеты по орбите вокруг Солнца плоскость земного экватора (наклоненная к плоскости орбиты на угол 23o45') перемещается параллельно самой себе таким образом, что в одних участках орбиты земной шар наклонен к Солнцу своим северным полушарием, а в других- южным, именно это и является причиной смены времён года. Кроме того расстояние от Земли до Солнца в различных точках орбиты неодинаковые, в перигелии (3 января) оно приблизительно на 2.5 млн. км. меньше, а в афелии (3 июля)- на столько же больше среднего расстояния, составляющего 149, 6 млн. км.
Большую часть поверхности Земли занимает Мировой океан (361 млн. км.2, или 71%), суша составляет 149 млн.км.2 (29%). Средняя глубина Мирового океана- 3 900 м. Существование осадочных пород, возраст которых (по данным радиоизотопного анализа) превосходит 3,7 млрд. лет, служит доказательством существования на Земле обширных водоемов уже в ту далекую эпоху, когда, предположительно появились первые живые организмы . 

Форма Земли, как известно близкая к шарообразной, при более детальных измерениях оказывается очень сложной, даже если обрисовать ее ровной поверхностью океана (не искаженной приливами, ветрами и течениями) и условным продолжением этой поверхности под континенты. Неровности поддерживаются неравномерным распределением массы в недрах Земли. Такая поверхность называется геоидом. Геоид (с точностью порядка сотен метров) совпадает с эллипсоидом вращения, экваториальный радиус которого 6 378 км., а полярный радиус на 21,38 км. меньше экваториального. Разница этих радиусов возникла за счет центробежной силы, создаваемой суточным вращением Земли.

Одна из особенностей Земли как планеты - ее магнитное поле, благодаря которому мы можем пользоваться компасом. Магнитный полюс Земли, к которому притягивается северный конец стрелки компаса, не совпадает с Северным географическим полюсом, а находится в пункте с координатами приблизительно 76o с.ш. 101o з.д. Магнитный полюс, расположенный в южном полушарии Земли, имеет координаты 66o ю.ш. и 140o в.д. (в Антарктиде).Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстоит от него на 430 км. Магнитное поле Земли несимметрично. Под действием исходящего от Солнца течения плазмы (солнечного ветра) магнитное поле Земли искажается и приобретает "шлейф" в направлении от Солнца, который простирается на сотни тысяч километров.

Полюса нашей планеты постоянно находятся в движении.

Наша планета окружена обширной атмосферой, которая благодаря присутствию небольшого озонового слоя, нейтрализует опасное для жизни коротковолновое солнечное и космическое излучение. Из-за содержащегося в атмосфере углекислого газа на нашей планете имеет место парниковый эффект. Он проявляется не так сильно, как на Венере, но все же поднимает среднюю (равновесную) температуру на Земле с теоретических минус 23 до плюс 15. Действуя подобно хорошей одежде, атмосфера оберегает земную поверхность и от температурных перепадов. В отсутствие атмосферы в некоторых точках Земли температура в течение суток колебалась бы между 160-ю тепла и 100 градусами мороза.

Основными газами, входящими в состав нижних слоев атмосферы Земли, являются азот (~78%), кислород (~21%) и аргон (~1%). Других газов в атмосфере Земли очень мало, например, углекислого газа около 0,03%. Атмосферное давление на уровне поверхности океана составляет при нормальных условиях ~0,1 MПа. Полагают, что земная атмосфера сильно изменилась в процессе эволюции: обогатилась кислородом и приобрела современный состав в результате длительного химического взаимодействия с горными породами и при участии биосферы, то есть растительных и живых организмов.

Доказательством того, что такие изменения действительно произошли, служат, например, залежи каменного угля и мощные пласты отложений карбонатов в осадочных породах. Они содержат громадное количество углерода, который раньше входил в состав земной атмосферы в виде углекислого газа и окиси углерода.

Ученые считают, что древняя атмосфера произошла из газообразных продуктов вулканических извержений; о ее составе судят по химическому анализу образцов газа, "замурованных" в полостях древних горных пород. В исследованных образцах, возраст которых более 3,5 млрд. лет, содержится приблизительно 60% углекислого газа, а остальные 40% - это соединения серы (сероводород и сернистый газ), аммиак, а также хлористый и фтористый водород. В небольшом количестве были найдены азот и инертные газы.

Доказательством того, что в земной атмосфере в течение первых 4 млрд. лет ее существования не было свободного кислорода, являются обнаруженные в геологических пластах соответствующего возраста чрезвычайно легко окисляемые, но не окисленные вещества такие, как сернистый натрий. Кислород, который выделялся в ничтожном количестве из водяного пара под действием солнечного облучения, полностью затрачивался на окисление содержавшихся в атмосфере горючих газов: аммиака, сероводорода, а также, вероятно, метана и окиси углерода. В результате окисления аммиака освобождался азот, который постепенно накапливался в атмосфере. 600 млн. лет назад количество свободного кислорода в земной атмосфере достигло 1% от его современного содержания. В это время уже существовало значительное число различных примитивных одноклеточных живых организмов. Около 400 млн. лет назад содержание свободного кислорода в земной атмосфере стало быстро увеличиваться благодаря широкому распространению зарослей крупных растений, характерных для этой эпохи.

Прежде предполагали, что Земля вначале была расплавленной, а затем остывала. Но эта точка зрения не подтверждается современными выводами науки. Большое процентное содержание на Земле некоторых летучих веществ указывает на то, что температура частиц, из которых образовалась наша планета, не могла быть очень высокой. Средний химический состав первичной Земли, вероятно, соответствовал химическому составу известных сегодня типов метеоритов.

В результате естественного распада радиоактивных элементов и некоторых других процессов в недрах Земли в течение долгого времени выделялась и накапливалась тепловая энергия. Это привело к сильному разогреву и частичному расплавлению вещества в недрах и к постепенному формированию и росту центрального ядра из наиболее тяжелых элементов и наружной коры из менее плотных веществ.

О внутреннем строении Земли прежде всего судят по особенностям прохождения сквозь различные слои Земли механических колебаний, возникающих при землетрясениях или взрывах. Ценные сведения дают также изменения величины теплового потока, выходящего из недр, результаты определений общей массы, момента инерции и полярного сжатия нашей планеты.




СЛОЙ ТОЛЩИНА СОСТАВ
Кора 6-40 км Твердые кремниевые породы
Мантия 2800 км В основном, твердые кремниевые породы
Внешнее ядро 2300 км Расплавленные железо и никель
Ядро (радиус) 1200 км Твердые железо и никель

 

Масса Земли найдена из экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести (на экваторе ускорение силы тяжести равно 978,05 гал; 1 гал = 1 см/с2). Для массы Земли получено значение 5,976*1024кг., что соответствует средней плотности вещества 5517 кг/м3. Определено, что средняя плотность минералов на поверхности Земли приблизительно вдвое меньше средней плотности Земли. Из этого следует, что плотность вещества в центральных частях планеты выше для всей Земли. Полученный из наблюдений момент инерции Земли, который сильно зависит от распределения плотности вещества вдоль радиуса Земли, свидетельствует также о значительном увеличении плотности от поверхности к центру.

Поток тепла из недр, различных в разных участках поверхности Земли, в среднем близок к 1,6*10-6 кал*см-2*сек-1, что соответствует суммарному выходу энергии 1028 эрг в год. Поскольку тепло может передаваться только от более нагретого к менее нагретому веществу, температура вещества в недрах Земли должна быть выше, чем на ее поверхности. Действительно, согласно измерениям, проведенным в шахтах и буровых скважинах, температура повышается приблизительно на 20o на каждый километр глубины. У нижней границы мантии давление достигает 130 ГПа, температура там не выше 5 000К. В центре Земли температура, возможно, поднимается до 10 000К.

Любое упругое тело после удара (землетрясения) подобно колоколу совершает колебания. В 1911 году математик Ляв (Love) вычислил период собственных колебания стального шара размером с Землю. Оказалось, что он будет равен одному часу. Первые собственные колебания Земли с периодом 57 мин обнаружены Беньоффом в 1952 году после землетрясения на Камчатке. Зарегистрированы колебания Земли с периодом 54 мин после чилийского землетрясения в 1960 году. Поскольку Земля -- не однородный стальной шар, а имеет значительно более сложное строение, то и собственные колебания имеют достаточно богатый спектр.

Существуют два типа собственных колебаний упругого шара, которые называют модами. Сфероидальные колебания дают моду S (с периодом 54 мин, что на 6 мин меньше теоретического значения, полученного Лявом. Это отличие указывает, прежде всего, на отличие Земли от однородного стального шара.), а крутильные колебания -- моду T. Этому крутильному колебанию соответствует только одна поверхность, секущая поверхность Земли по экватору. При этом северное и южное полушария смещаются в противоположные стороны.

Среди других мод ( своего рода гармоник) существуют и такие, период которых значительно отличается от теоретического. Собственные колебания - прекрасный материал для тестирования принятой модели Земли. Они могут быть вычислены заранее, теоретически. С другой стороны, - получены путем наблюдений, с использованием , например,  того факта, что сила тяжести зависит от высоты точки, где она наблюдается. Вертикальный градиент силы тяжести составляет приблизительно 300 мкГал/м. Заметим, что 1 мкГал составляет приблизительно 10-9g. Изменение высоты всего на 1 мм, вызывает изменение силы тяжести на 0,3 мкГал. Сейчас существуют приборы способные зарегистрировать значительно меньшие изменения силы тяжести -- это криогенные гравиметры. Сопоставление теоретических и наблюдательных данных дает основание принять решение о правильности или ошибочности принятой модели

 

На основе всего комплекса современных научных данных и построена модель внутреннего строения Земли, которая хорошо удовлетворяет измеренным значениям всех перечисленных выше параметров.

Таблица. Модель Буллена строения Земли

Зона наименование слоя глубина (км) плотность (г/см3)
А

кора

35 3,2
В силикаты 400 3,5
С фазовые переходы 900 4,0
D нижняя мантия 2700 5,0
D' переходная зона 2883  
E внешнее ядро 4980 10-11
F переходная зона 5120  
G внутреннее ядро 6371 12

Зоны В и С образуют так называемую верхнюю мантию, а зона D -- нижнюю мантию. Мантия Земли состоит из силикатных пород. По мере увеличения давления и температуры в веществе происходят фазовые переходы: определенные виды пород из твердой фазы переходят в жидкую. Такие фазовые переходы отмечены в зоне С и в зоне D'. Причем в последнем случае весь металл выплавляется и внешнее ядро (зона Е) целиком состоит из расплавленного металла. Через эту зону поперечные волны не проходят, так как модуль сдвига равен нулю. В переходной зоне F жидкая фаза металла переход в твердую фазу и внутреннее ядро состоит из твердого металла с плотностью 12. Однако полагают, если изменить физические условия и поместить этот металл в условия "нормальной" температуры и давления, то его плотность окажется равной 7.

Твердую оболочку Земли называют литосферой. Ее можно сравнить со "скорлупой", охватывающей всю поверхность Земли. Но эта "скорлупа" как бы растрескалась на части и состоит из нескольких крупных литосферных плит, медленно перемещающихся одна относительно другой. По их границам концентрируется подавляющее большинство очагов землетрясений. Верхний слой литосферы- эта земная кора, минералы которой состоят преимущественно из окислов кремния и алюминия, окислов железа и щелочных металлов. Земная кора имеет неравномерную толщину: 35-65 км. на континентах и 6-8 км. подо дном океанов.

Верхний слой земной коры состоит из осадочных пород, нижний- из базальтов. Между ними находится слой гранитов, характерный только для континентальной коры. Под корой расположена так называемая мантия, имеющая иной химический состав и большую плотность. Граница между корой и мантией называется поверхностью Мохоровичича. В ней скачкообразно увеличивается скорость распространения сейсмических волн.

На глубине 120-250 км. под материками и 60-400 км. под океанами залегает слой мантии, называемой астеносферой. Здесь вещество находится в близком к плавлению состоянию, вязкость его сильно понижена.

Все литосферные плиты как бы плавают в полужидкой астеносфере, как льдины в воде. Более толстые участки земной коры, а также участки, состоящие из менее плотных пород, поднимаются по отношению к другим участкам коры. В то же время дополнительная нагрузка на участок коры, например, вследствие накопления толстого слоя материковых льдов, как это происходит в Антарктиде, приводит к постепенному погружению участка. Такое явление называется изостатическим выравниванием.

Ниже астеносферы, начиная с глубины около 410 км., "упаковка" атомов в кристаллах минералов уплотнена под влиянием большого давления. Резкий переход обнаружен сейсмическими методами исследований в 1906 м году на глубине 2880 - 2 920 км. Выше этой отметки плотность вещества составляет 5 560 кг/м3, а ниже ее- 10 080 кг/м3. Здесь начинается земное ядро, или, точнее говоря, внешнее ядро, так как в его центре находится еще одно- внутреннее ядро, радиус которого 1 250 км. С существованием жидкого внешнего ядра связывают происхождение магнитного поля Земли. 

Граница раздела внешнего ядра характерна тем, что на ней резко падает скорость продольной волны от 13,6 км/с до 8,1 км/с. Поперечная волна вообще через внешнее ядро не проходит, что говорит о том, что оно жидкое. Твердое, внутреннее ядро обнаружила Леман (Дания) в 1936 году. Она показала, что оно расположено на глубине приблизительно равной 5000 км

Гравитационные аномалии.

Термин аномалии означает отклонения от некоторой "нормы" -- то есть значения, которое можно предсказать, вычислив его по формуле. Вычисленное значение силы тяжести называют "нормальным", а наблюденное -- аномальным. Если принять Землю равновесным эллипсоидом вращения, со сжатием, вычисленным по спутниковым данным 1 :  298,256 - то значение силы тяжести можно вычислить по формуле принятой  Международным Геофизическим и Геодезическим союзом на своей Генеральной Ассамблее в августе 1971 года :

Известно, что сила тяжести зависит от высоты точки наблюдения. Наблюдения производятся, в крайнем случае, на уровне моря, то есть на высоте, равной нулю. Все сухопутные определения силы тяжести выполняются на разных высотах. Так как поверхность эллипсоида не совпадает с поверхностью уровня, поэтому развита теория приведения гравитационной аномалии (редукции) к одной и той же поверхности. Кроме того, сила тяжести зависит и от масс, лежащих между эллипсоидом и геоидом. Чтобы учесть и эти факторы, развита теория геологических редукций. В таком случае вместе с гравитационными аномалиями обязательно должен указываться и вид редукций, с которыми данная аномалия вычислена. Существуют аномалии в свободном воздухе, аномалии Фая, аномалии Буге, изостатические аномалии и т. п. .

Гравитационные аномалии на Земле, как правило, меньше 100 мГал ( 1Гал= 1см/с2), их среднеквадратическая вариация по Земле составляет величину около 20 мГал. Следовательно, гравитационное поле Земли достаточно гладкое. Для экстремальных условий (островные дуги, глубоководные впадины) гравитационные аномалии достигают величины 400 мГал, что в 12,5 раз меньше разницы в значениях силы тяжести на полюсе и экваторе и составляют всего 0,04% от величины силы тяжести. Потому для получения данных, по которым можно судить о внутреннем строении нашей планеты, необходимо изучать аномалии на уровне не только миллигалов, но и микрогалов, чего и добиваются геофизики.

Вторая характеристика гравитационного поля -- это отклонение отвесной линии (вертикали) от нормали к эллипсоиду. Это отклонение также невелико и составляет секунды дуги. Геодезические работы в Индии близ горного массива Гималаев показали, что координаты астрономических пунктов из-за отклонений отвесной линии отличаются от геодезических на 5,2", тогда как вычисленное отклонение, связанное с притяжением гор, составляет 27,9". Для объяснения этого явления английский геодезист Пратт высказал мысль, что под горами плотность пород гораздо меньше, чем коренные породы под равнинами. Иными словами, если все породы разбить на блоки, то плотность этих блоков должна зависеть от их толщины: чем толще блок, тем меньше плотность. При этом вес всех блоков на некоторой поверхности, называемой поверхностью компенсации, один и тот же. Вся земная кора, таким образом, находится в равновесии. Эта гипотеза Пратта получила название изостатической.

Конечно, с геологической точки зрения эта гипотеза никуда не годится. Французский геодезист Эри предложил более правдоподобную схему: земные блоки по Эри подобно айсбергами на море плавают на более плотной, но и более пластичной среде -- верхней мантии. В этом случае, так же как и у айсбергов, должна образоваться под горными массивами "подводная часть" с плотностью, меньшей, чем плотность вмещающих пород. Таким образом эффект гравитационной компенсации должны создавать корни гор, существование которых сейсмологи подтверждают.

Строение земной коры невозможно изучить, пользуясь только одним методом. Геофизики применяют все доступные им методы, прежде всего сейсмологический и гравиметрический. По современным представлениям земная кора имеет разную толщину в разных регионах. В горах толщина ее достигает 60 и более километров. Состоит она из разных слоев. Большой объем занимает кислые (гранитные) породы с плотностью 2,67. Равнины покрыты осадочными породами толщиной несколько километров и с плотностью 2,2. Ниже этих слоев лежат основные

породы -- базальты с плотностью 2,8. Толщина коры для равнинных регионов полагают равной 30 км. Горные районы и равнины образуют основные морфологические особенности континентов. При переходе к океану, гранитный слой постепенно выклинивается, а осадочные породы покрывают на абиссальных котловинах, в основном, базальтовые породы. При этом толщина коры становится меньше и в среднем составляет 10-15 км. Особенно тонкой кора становится в глубоководных впадинах (4-5 км).








Смотри также:
Как работает глаз
Спутники планет
Почему небо - голубое, а рассветы - красные?
Как работает нейтронная бомба
Есть ли вес у воздуха?
Если бы Земля была кубом
Почему Антарктиду назвали Антарктидой
Что мы знаем о шаровой молнии?
Как формируется шаровая молния?
Как делают бетонные дороги


Loading...


Новые статьи на сайтах портала:
Как организм сжигает жир?
    Как работают вещи: статьиЧеловекОрганизм человека /
Как создали светящиеся растения?
    Как работают вещи: статьиТехнологииНовые технологии /
Как светится светлячок?
    Как работают вещи: статьиМир вокругЖивотный мир /
Как работает большой адронный коллайдер
    Как работают вещи: статьиТехнологииИсследование мира /
Как нестандартно использовать вилку?
    Как работают вещи: статьиТвой домСвоими руками /
Как вилка покорила мир?
    Происхождение знаковПроисхождение традицийЗастольные /
Как работает дополненная реальность?
    Как работают вещи: статьиТехнологииНовые технологии /


Новые комментарии:

  Гостевая книга:
taniamb18 : По&#10...
leonardsf1 : New sissy girls blog website ...
lilyow16 : Free gay images http://gay...
tabithado4 : Late-model devise http://best...
christopherzc16 : См&#10...
Статья Как работает сенсорный экран:
228 : у ху ху ху ху ху торок
Определение Северный полюс:
Ариф Ганбаров : Точка пересечения оси вращения...
Гостевая книга:
ameliaey60 : Study my altered engagement ...
nathanoa69 : По&#10...





© 2008-2011 Всё, права защищены.
Интернет-журнал "как работают вещи"
Вопросы и предложения ждем по адресу ashestopalov@yandex.ru

Главная | Как работают вещи | Знаки | Энциклопедия
Каталог сайтов | Карта | Все статьи раздела | Статистика | Новости
Авторы | Авторам