Голубая планета

На прошлом занятии мы с вами рассмотрели строение и происхождение нашей Солнечной системы. И, если вы были внимательными, то могли заметить, что мы пропустили одну из планет, а именно нашу Землю. Давайте же поговорим и о ней.

Мы привыкли считать свою планету необъятным миром — и пусть это будет так. Пусть никогда не потеряют для её жителей величия и красоты горы и пустыни, моря и реки, города и леса. Однако земляне должны помнить: все то, что находится в нашем владении, — лишь маленькая планета у небольшой звезды в огромной Вселенной.

Как вы помните, Земля относится к планетам земной группы и по удалённости расположена на третьем месте от Солнца. Она образовалась около 4,5 миллиардов лет назад. Примерно в то же время появился и её спутник — Луна.

Из космоса наша планета выглядит красивым голубым шаром. Это потому, что 70,8 % поверхности планеты занимает Мировой океан. Остальную часть поверхности занимают континенты и острова. На материках расположены реки, озёра, подземные воды и льды, которые вместе с Мировым океаном составляют гидросферу планеты. Интересно, что жидкую воду, необходимую для всех известных жизненных форм, пока не обнаружили на поверхности какой-либо другой из известных планет и планетоидов Солнечной системы.

То, что движение — жизнь, справедливо не только для человеческого организма, но и для нашей планеты в целом. Каждую секунду мы перемещаемся в космическом пространстве с огромной скоростью — около 30 км/с, совершая не одно, а четыре типа движений. Первое и наиболее ощутимое для нас каждую минуту — это вращение Земли вокруг своей оси. День сменяет ночь, а ночь сменяет день, обеспечивая бесконечное течение времени. Наверное, каждый человек хотя бы раз в жизни хотел, чтобы в сутках было 36 ч, а то и больше. Ведь привычных нам 24 не всегда хватает. Но оказывается, в сутках времени и того меньше! Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 часа 56 минут и 4,091 секунд. Когда одна сторона земли обращена к Солнцу — там наступает день. В то время как на другой стороне планеты — ночь.

Ось вращения Земли — это воображаемая линия, вокруг которой происходит суточное вращение планеты. Она проходит через центр Земли и в географических по́люсах пересекает поверхность планеты. Вращение Земли вокруг оси происходит с запада на восток, то есть против часовой стрелки, если смотреть на земной шар с Северного полюса. При этом ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,6°.

Мы с вами привыкли говорить, что Земля имеет форму шара (да и глобус на столе учителя географии намекает нам об этом). Однако центробежная сила вращения планеты не позволяет ей принять абсолютно шарообразную форму. То есть она несимметрична и как бы сплюснута у полюсов. А разница между экваториальным и полярным радиусами планеты составляет 21,3 км. Более того, не так давно более точные измерения показали, что расстояние от экватора до Северного полюса меньше, чем до Южного.

Иными словами, реальная форма Земли далека от эталона и представляет собой геоид (особенно хорошо это будет заметно из космоса, если на мгновение испарить всю воду на нашей планете).

Второе основное движение Земли — это её обращение вокруг Солнца по эллиптической траектории, близкой к круговой, со скоростью около 100 000 км/ч. И примерно за 365,24 суток или один год Земля совершает один полный оборот.

А вы знаете, что когда-то один год на Земле длился 486 дней. Это было примерно 800 млн лет назад, в эпоху самого масштабного оледенения планеты. Сотни миллионов лет спустя, уже в эпоху динозавров, год сократился до 370 суток. А во всём виновата лунная гравитация, из-за которой Земля вращается всё медленнее. В итоге дни становятся длиннее (примерно на две миллисекунды за одно тысячелетие), а год — короче.

В своём годичном движении Земля в январе находится в самой близкой к Солнцу точке (перигелии), а в июле — в самой отдалённой (афелии). Возникает закономерный вопрос: если в январе наша планета находится ближе всего к Солнцу, то почему же тогда у нас зимой холодно? Причина кроется в наклоне оси вращения Земли.

При движении Земли вокруг Солнца ось её (в приближении) остаётся параллельной самой себе. Вследствие этого четыре сезона года определяются четырьмя основными точками на траектории: двумя солнцестояниями — моментами, когда земная ось максимально наклонена по направлению к Солнцу либо от Солнца, — и двумя равноденствиями. Зимнее солнцестояние происходит около 21 декабря, летнее — примерно 21 июня. Весеннее равноденствие — приблизительно 20 марта, а осеннее — 23 сентября. Когда Северный полюс наклонён к Солнцу, то Южный полюс, соответственно, наклонён от него. Для наблюдателя в северных широтах летом, когда Северный полюс наклонён к Солнцу, светлое время суток длится дольше, и Солнце в небе находится выше. Это приводит к более высоким средним температурам воздуха. Зимой, когда Северный полюс отклоняется в противоположную от Солнца сторону, ситуация изменяется на обратную, и средняя температура становится ниже.

Таким образом, когда в Северном полушарии лето, в Южном полушарии зима, и наоборот (хотя месяцы называются одинаково, то есть, например, февраль — зимний месяц в Северном полушарии, но летний — в Южном).

Современный наклон оси вращения к плоскости орбиты является оптимальным для различных климатических зон на поверхности Земли от тропиков до полярного круга. Все другие варианты изменения угла наклона оси вращения Земли привели бы к катастрофическим изменениям климата и глобальной экологической катастрофе.

Вы только представьте, что если бы ось вращения Земли была перпендикулярна к плоскости орбиты, то смены времён года вообще не было бы, и Европа могла бы превратиться в холодную полупустыню типа тундры.

Кроме этого, наклон оси вращения Земли приводит к возникновению на Земле полярной ночи и полярного дня. Полярная ночь — период, когда Солнце более суток не появляется из-за горизонта. Самая короткая полярная ночь (почти двое суток) наблюдается на широте Северного полярного круга. А самая длинная — на Южном полюсе (чуть меньше шести месяцев). Полярная ночь не обязательно означает полную темноту в течение всех 24 часов. Главная её особенность заключается в том, что Солнце не поднимается над горизонтом. При этом в большей части зоны (до 84°34′) в течение всей полярной ночи ежедневно часть суток занимают сумерки.

Полярный день — это период, когда Солнце не заходит за горизонт дольше суток. Самый короткий полярный день равен почти двум суткам и наблюдается на широте полярного круга. Самый же долгий наблюдается на полюсах. На Северном полюсе это примерно 190 дней, на Южном — 184 дня. Во время полярного дня на протяжении каждых суток Солнце не заходит за горизонт, а описывает круг вдоль линии горизонта. Интересно, что благодаря рефракции в течение примерно 4 суток вблизи равноденствий Солнце светит одновременно на обоих полюсах. А вблизи полярных кругов, с внешней стороны, наблюдаются белые ночи.

Хотя мы и живём на Земле, и она у нас буквально под ногами, изучение её состава оказалось делом весьма нелёгким. При среднем радиусе Земли в 6371 километр, самое глубокое вторжение человека в земную кору составило чуть более 12 километров (это Кольская сверхглубокая скважина).

Поэтому изучают строение недр по записям колебаний земной поверхности при землетрясениях — сейсмограммам. По химическому составу и физическим характеристикам выделяют три основные сферические оболочки Земли: твёрдая кора, мантия и ядро.

Самый тонкий внешний слой — твёрдая кора. У Земли она простирается в среднем на глубину 35 км. Общая масса земной коры составляет всего 0,8 % общей массы планеты.

Мантия — это силикатная оболочка Земли, расположенная между земной корой и ядром Земли. Она составляет около 67 % массы Земли и около 83 % её объёма (без учёта атмосферы).

Ядро — центральная, наиболее глубокая и плотная часть планетных недр. В центре Земли температура оценивается в 6000 ^оС. Радиус ядра составляет более половины радиуса планеты (55 %), а масса — около 30 % массы Земли. Земное ядро подразделяется на внешнее жидкое и твёрдое внутреннее. Переходная зона между внешней и внутренней частями ядра очень тонкая — около 5 км.

Также в недрах нашей планеты происходит процесс постепенного перераспределения вещества по плотности — тяжёлые элементы стремятся к центру, а лёгкие — поднимаются к поверхности. Эти движения внутри планеты влияют на кору, вызывая землетрясения, горообразования, тектонические и вулканические процессы.

Ядро нашей планеты также генерирует главный «щит» Земли — магнитное поле, без которого жизнь на планете была бы невозможна.

Действие магнитных сил Земли достигает огромных расстояний и уходит в высоту примерно на 100 тыс. км. Магнитное поле защищает нашу планету от воздействия быстрых заряженных частиц, которые выбрасывает Солнце в космос. Солнце постоянно испускает потоки различного рода заряженных частиц. Их попадание на Землю в таком количестве вредит живым организмам. А магнитное поле Земли отклоняет эти частицы, и те, подчиняясь магнитным линиям, направляются к полюсам. Именно тогда мы и видим полярные сияния.

Очень упрощённо магнитное поле Земли можно представить в виде магнитного поля полосового магнита, расположенного между Северным и Южным географическими полюсами.  Но, что интересно, расположение магнитных полюсов не совпадает с географическими. Так в районе Северного полюса Земли находится её южный магнитный полюс, и наоборот. Кроме того, положение магнитных полюсов нашей планеты непрерывно меняется. Например, точно известно, что со второй половины ХХ в южный магнитный полюс довольно быстро движется в сторону Таймырского полуострова со скоростью около 60 км/год.

Как и большинство планет, Земля окружена газовой оболочкой — атмосферой, которая простирается в космическое пространство примерно на 2000 км.

Первичная атмосфера, которая была у Земли свыше 4 млрд лет назад, по-видимому, сильно отличалась от сегодняшней. Она могла содержать ядовитые соединения водорода, углерода, кислорода и азота. Лишь некоторые виды бактерий способны жить в подобной атмосфере. Однако за сотни миллионов лет газовый состав воздуха сильно изменился.

В настоящее время в нём содержится около 78 % азота, 21 % кислорода, а на оставшийся 1 % приходится аргон, углекислый газ и так далее.

В составе атмосферы выделяют несколько слоёв. У самой Земли простирается тропосфера. В ней сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха. Именно в тропосфере происходят процессы, определяющие погоду.

Далее следует стратосфера. В этой области располагается озоновый слой — он поглощает вредные ультрафиолетовые лучи Солнца, которые губительны для всего живого на Земле.

Ещё выше расположена мезосфера, что в переводе с греческого означает «промежуточная сфера».

Далее, до высоты порядка восьмисот километров, простирается термосфера. Названа она так из-за того, что в ней до высоты 200—300 км температура растёт до 1500 ^оС вследствие ионизации газов ультрафиолетовыми и рентгеновскими лучами.

Далее следует экзосфера, плавно переходящая в космическое пространство.

Воздушная оболочка предохраняет поверхность Земли от сильного перегрева и переохлаждения. Окутывая планету, как одеяло, она сохраняет тепло, полученное Землёй от Солнца. Кроме того, атмосфера защищает Землю от падения твёрдых космических тел — метеоров.

Конечно же не только внутренние процессы в земной коре, в атмосфере Земли и процессы на Солнце влияют на жизнь на нашей планете. Огромное влияние оказывает и наш единственный естественный спутник — Луна. Однако это уже совсем другая история.