Планета Земля

Страница 2

В разных точках Земли существуют отклонения от средней величины ускорения свободного падения. Это так называемые гравитационные аномалии. Последние нередко достигают нескольких сот см/с2.

Хорошо известно, что наша планета обладает магнитным полем. Каждый может по компасу проверить существование земного магнетизма, стоит только взглянуть на его стрелку. Компас был изобретен в глубокой древности в Китае и до настоящего времени верно служит путешественникам и мореходам. Единицей измерения магнитной индукции служит тесла (Тл). Современные магнитометры, т. е. приборы, с помощью которых измеряется индукция геомагнитного поля, обладают высокой точностью.

Положение магнитных полюсов Земли не совпадает с географическим Северный конец магнитной стрелки притягивается к полюсу, расположенному около Гренландии (73° с. ш. и 100° з. д.), а южный — к полюсу, находящемуся в австралийском секторе Антарктики (68° ю. ш. и 134° в. д.). Величина индукции геомагнитного поля максимальная у магнитных полюсов (0,7*10-4 Тл у Южного и 0,6*10-4 Тл у Северного) и минимальная у экватора (0,42*10-4 Тл).

Магнитная стрелка всегда указывает на магнитный полюс. Для того чтобы определить точное положение Северного географического полюса, необходимо вводить поправку на магнитное склонение.

В чем же заключается причина действия столь интересного явления, как магнитное поле Земли? Схематично принято считать, что в ядре Земли находится магнитный диполь, наподобие магнитного стержня с двумя полюсами различного знака. Магнитологи доказали, что магнитные полюса меняют местонахождение. В определенные промежутки времени Северный полюс становился Южным, а Южный — Северным. Периоды относительно устойчивого положения знака полюсов оцениваются от 700 тыс. до 1,5 млн. лет.

Давно известно, что из глубин Земли исходит тепло. О существовании крупного источника тепла в глубине свидетельствуют извержения вулканов, когда на поверхность Земли изливается кипящая лава с температурой более 1500°С. Измерения в глубоких скважинах и шахтах показали, что температура увеличивается с определенной интенсивностью. Было вычислено, что на каждый 1 км глубины температура возрастает на 30°С. Это так называемый геотермический градиент. Геотермический поток на суше составляет (1,2—1,6) • 10-6 Дж/(см2 * с). Близкие значения получены и для океанического дна. Минимальные значения геотермического потока тепла наблюдаются в центральных частях континентов, где развиты наиболее древние горные породы, а максимальные — в областях современной вулканической деятельности. Еще большие его значения зафиксированы вдоль осевой части срединно-океанических хребтов — протяженных горных систем на дне Мирового океана.

Оболочки Земли

Современная Земля состоит из нескольких неоднородных оболочек — атмосферы, гидросферы, биосферы, литосферы, под литосферой в глубоких недрах находятся мантия и ядро.

Атмосфера — внешняя газовая оболочка, ограниченная снизу твердой и жидкой поверхностью Земли. В настоящее время земная атмосфера содержит 5,3*103 трлн. т воздуха, что составляет одну миллионную часть массы всей Земли. Давление воздуха на уровне моря в среднем равно 1,013*105 Па, а плотность— 1,3* 10-3 г/см3.

Атмосфера Земли состоит из азота (78,09%), кислорода (20,94%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,033%), а также неона, гелия, метана, ксенона, криптона, водорода и Других газов, содержание которых незначительно. Кроме того, в воздухе имеются термодинамически активные примеси. Важнейшей такой примесью в атмосфере является водяной пар - около 12,4 трл. т. Он способен конденсироваться с образованием облаков и тумана.

Частицы водяного пара, и особенно облачность, перераспределяют потоки коротко и длинноволнового изучения в атмосфере. При этом они вносят большой вклад в развитие парникового эффекта. Атмосфера свободно пропускает солнечную радиацию до земной поверхности, но поглощает собственное излучение Земли и задерживает поток тепла, идущий в космос от нагретой земной поверхности.

Другими термодинамическими активными примесями в атмосфере являются углекислый газ, озон и различные мельчайшие взвешенные частицы, или аэрозоль. Углекислый газ играет огромную роль в развитии парникового эффекта.

Озона в атмосфере очень мало, всего одна миллионная доля, но его роль в развитии жизни на Земле весьма велика. Озон в основном сконцентрирован на высоте 17—25 км, здесь он образуется из молекулярного кислорода под действием ультрафиолетовых лучей в результате фотохимических реакций. Вся ультрафиолетовая радиация Солнца, губительная для живых организмов, поглощается озоновым экраном, и тем самым обеспечивается безопасность жизни на суше и на поверхности океана. Водная поверхность также поглощает ультрафиолетовую радиацию, и поэтому сотни миллионов лет назад, когда еще не существовало озонового экрана, жизнь зародилась и развивалась в глубинах океанов и морей. Аэрозоль рассеивает солнечную радиацию, частично отражает ее, а частично поглощает. Поэтому его роль для Земли двояка. С одной стороны, он препятствует прохождению солнечного тепла к земной поверхности, а с другой — поглощая солнечную радиацию, затем излучает инфракрасный спектр и тем самым увеличивает действие парникового эффекта.

По характеру распределения температуры в атмосфере различают несколько слоев. Средняя температура воздуха у земной поверхности +14,3°C. В тропосфере (нижнем слое атмосферы) протекают погодообразующие процессы. Она ограничена во внетропических широтах высотой 8—12 км, а в экваториальной зоне и тропиках до высоты 16—17 км. Воздух в тропосфере нагревается от поверхности Земли, и поэтому с высотой он становится все холоднее — на каждый 1 км высоты температура в среднем понижается на 6—6,5°С. Здесь формируются и развиваются атмосферные вихри, в том числе циклоны и антициклоны. В ней сосредоточен почти весь водяной пар и образуются облака.

Стратосфера располагается выше и занимает слой от 8—17 до 50—55 км. Здесь также образуются крупные атмосферные вихри, а горизонтальный перенос воздуха сопровождается восходящими и нисходящими движениями.

Характерной особенностью стратосферы является повышение температуры с высотой на 1—2° на каждый километр. На верхней границе стратосферы температура не только оказывается равной 0°С, но и нередко даже выше этой точки. В стратосфере находится озоновый экран. Наибольшая его концентрация приходится на высоту от 18 до 24 км.

Мезосфера расположена на высоте от 50—55 до 80 км. Здесь температуры вновь понижаются и на ее верхней границе достигают —60/-100°С. На каждый километр высоты в мезосфере температура снижается на 2-3°.

В следующем слое — термосфере температура вновь увеличивается. На высоте 100 км она переходит нулевую отметку, а в слое 150—200 км достигает +500°С. На ее верхней границе, на высоте около 800 км, температура определяется в +2000°C. Здесь происходит интенсивное поглощение ультрафиолетовой радиации Солнца, нагрев и ионизация атмосферы. В мезосфере и нижней части термосферы образуются электрически заряженные ионы. Поэтому слой, расположенный на высоте от 60 до 400 км, обычно называют ионосферой.

Масса гидросферы составляет 1,46*106 трлн. т. Она в 275 раз больше массы атмосферы, но всего лишь равна 1/4000 массы всей Земли. Около 94% массы гидросферы представлено водами Мирового океана, 4% приходится на подземные воды, почти 1,8%—на ледники Антарктиды и Гренландии, менее 0,2% — на горные ледники, реки и озера.

Площадь Мирового океана составляет 70,8% площади земного шара, а его средняя глубина 3880 м. Континенты окаймляются мелководной зоной с глубинами до 200 м — это материковая отмель (или шельф), занимающая около 8% площади Мирового океана. Ложе Мирового океана с глубинами более 3 км охватывает более 77% всей его площади. Наибольшая глубина зафиксирована в тихоокеанском Марианском глубоководном желобе - 11023 м.

В пределах океанов выделяются отдельные крупные поднятия, подводные горы и протяженные хребты. Последние, так называемые срединно-океанические хребты образуют непрерывную глобальную цепь длиной свыше 60 тыс. км. Они возвышаются над дном котловин на 3—4 км и нарушают глубинную циркуляцию океанических вод.