Земля как планета. Её отличие от других планет

Земля как планета. Её отличие  от других планет

Земля́ (лат. Terra) — третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Чаще всего упоминается  как Земля, планета Земля, Мир. Единственное известное человеку на данный момент тело Солнечной системы в частности и Вселенной вообще, населённое живыми существами.

Научные данные указывают  на то, что Земля образовалась из Солнечной туманности около 4,54 миллиардов лет назад, и вскоре после этого  приобрела свой единственный естественный спутник — Луну. Жизнь появилась  на Земле около 3,5 миллиардов лет  назад. С тех пор биосфера Земли  значительно изменила атмосферу  и прочие абиотические факторы, обусловив  количественный рост аэробных организмов, так же как и формирование озонового  слоя, который вместе с магнитным  полем Земли ослабляет вредную  солнечную радиацию, тем самым  сохраняя условия для жизни на Земле. Кора Земли разделена на несколько  сегментов, или тектонических плит, которые постепенно мигрируют по поверхности за периоды во много  миллионов лет. Приблизительно 70,8% поверхности  планеты занимает Мировой океан, остальную часть поверхности  занимают континенты и острова. Жидкая вода, необходимая для всех известных  жизненных форм, не существует на поверхности  какой-либо из известных планет и  планетоидов Солнечной системы. Внутренние области Земли достаточно активны и состоят из толстого, относительно твёрдого слоя называемого  мантией, которая покрывает жидкое внешнее ядро (которое и является источником магнитного поля Земли) и  внутреннее твёрдое железное ядро.

Земля взаимодействует (притягивается гравитационными  силами) с другими объектами в  космосе, включая Солнце и Луну. Земля  обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Этот отрезок времени —  сидерический год, который равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли  наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности  планеты с периодом в один тропический  год (365,24 солнечных суток). Луна —  начала своё обращение на орбите вокруг Земли примерно 4,53 миллиарда лет  назад, что стабилизировало осевой наклон планеты и является причиной приливов, которые замедляют вращение Земли. Некоторые теории полагают, что  падения астероидов приводили к  существенным изменениям в окружающей среде и поверхности Земли, в  частности, массовые вымирания различных  видов живых существ.

Земля — более  чем в 14 раз уступает по массе  наименее массивной газовой планете  — Урану, но при этом примерно в 400 раз массивнее наибольшего известного объекта пояса Койпера.

Планеты земной группы состоят главным образом из кислорода, кремния, железа, магния, алюминия и  других тяжёлых элементов.

Все планеты земной группы имеют следующее строение:

в центре ядро из железа с примесью никеля.

мантия, состоит из силикатов.

кора, образовавшаяся в результате частичного плавления  мантии и состоящая также из силикатных пород, но обогащённая несовместимыми элементами. Из планет земной группы коры нет у Меркурия, что объясняют  её разрушением в результате метеоритной  бомбардировки. Земля отличается от других планет земной группы высокой  степенью химической дифференциации вещества и широким распространением гранитов в коре.

Две дальние из планет земной группы (Земля и Марс) имеют  спутники и (в отличие от всех планет-гигантов) ни одна из них не имеет колец. 

Внутреннее  строение Земли (ядро внутреннее и внешнее, мантия, земная кора) методы следования(сейсморазведка) 

Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых  силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя  часть ядра жидкая (значительно менее  вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая. Геологические слои Земли  по глубине от поверхности:

Внутренняя теплота  планеты, скорее всего, обеспечивается радиоактивным распадом изотопов калия-40, урана-238 и тория-232. У всех трёх элементов  период полураспада составляет более  миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается  до 7 000 К, а давление может достигать 360 ГПа (3,6 млн. атм). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов. Плюмы приводят к появлению горячих точек и траппов.

Земная  кора

Земная кора —  это верхняя часть твёрдой  земли. От мантии отделена границей с резким повышением скоростей сейсмических волн — границей Мохоровичича. Бывает два типа коры — континентальная и океаническая. Толщина коры колеблется от 6 км под океаном, до 30—50 км на континентах.[34] В строении континентальной коры выделяют три геологических слоя: осадочный чехол, гранитный и базальтовый. Океаническая кора сложена преимущественно породами основного состава, плюс осадочный чехол. Земная кора разделена на различные по величине литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Кинематику этих движений описывает тектоника плит.

Мантия  — это силикатная оболочка Земли, сложенная преимущественно перидотитами — породами, состоящими из силикатов магния, железа, кальция и др. Частичное плавление мантийных пород порождает базальтовые и им подобные расплавы, формирующие при подъёме к поверхности земную кору.

Мантия составляет 67 % всей массы Земли и около 83 % всего объёма Земли. Она простирается от глубин 5—70 километров ниже границы  с земной корой, до границы с ядром  на глубине 2900 км. Мантия расположена  в огромном диапазоне глубин, и  с увеличением давления в веществе происходят фазовые переходы, при  которых минералы приобретают всё  более плотную структуру. Наиболее значительное превращение происходит на глубине 660 километров. Термодинамика  этого фазового перехода такова, что  мантийное вещество ниже этой границы  не может проникнуть через неё, и  наоборот. Выше границы 660 километров находится  верхняя мантия, а ниже, соответственно, нижняя. Эти две части мантии имеют  различный состав и физические свойства. Хотя сведения о составе нижней мантии ограничены, и число прямых данных весьма невелико, можно уверенно утверждать, что её состав со времён формирования Земли изменился значительно  меньше, чем верхней мантии, породившей земную кору.

Теплоперенос в  мантии происходит путём медленной  конвекции, посредством пластической деформации минералов. Скорости движения вещества при мантийной конвекции  составляют порядка нескольких сантиметров  в год. Эта конвекция приводит в движение литосферные плиты (см. тектоника плит). Конвекция в верхней мантии происходит раздельно. Существуют модели, которые предполагают ещё более сложную структуру конвекции.

Ядро  Земли

Ядро — центральная, наиболее глубокая часть Земли, геосфера, находящаяся под мантией и, предположительно, состоящая из железо-никелевого сплава с примесью других сидерофильных элементов. Глубина залегания — 2900 км. Средний радиус сферы — 3,5 тыс. км. Разделяется на твердое внутреннее ядро радиусом около 1300 км и жидкое внешнее ядро радиусом около 2200 км, между которыми иногда выделяется переходная зона. Температура в центре ядра Земли достигает 5000 С, плотность около 12,5 т/м³,давление до 361 ГПа. Масса ядра — 1,932×1024 кг.

Сейсморазве́дка — геофизический метод изучения структуры и состава земной коры при помощи искусственно возбуждаемых упругих волн. Основной характеристикой упругой волны является ее скорость - величина, определяемая плотностью, пористостью, трещиноватостью, глубиной залегания и минеральным составом горных пород. Различие геологических пластов по упругим свойствами обуславливает наличие в разрезе границ, отражающих и преломляющих упругие волны. Вторичные волны, образовавшиеся на границах раздела достигают поверхности наблюдений, где регистрируются и преобразуются для удобства интерпретации.

Методы  определения возраста земли и Вселенной

Изучая через века прошлое нашей земли и вселенной  физическими методами, некоторые  ученые оценивают ее возраст миллиардами  лет, хотя существует огромное количество фактов, опровергающих это утверждение. Остановимся подробнее на этом вопросе.

После открытия в  конце XIX века французским физиком  Анри Беккерелем явления радиоактивности  и установления законов радиоактивного распада появился еще один способ определения абсолютного возраста геологических объектов. Радиоизотопные методы вскоре, если не вытеснили, то существенно  потеснили остальные методы датирования. Во-первых, они, казалось бы, дают возможность  абсолютного определения возраста, а, во-вторых, они давали очень большой  возраст пород порядка миллиардов лет, который устраивал эволюционистов.

Рассмотрим сущность метода радиоизотопного датирования. Радиоактивный распад подобен песочным часам: по отношению числа атомов элемента, возникшего в результате распада, к числу атомов распадающегося элемента возможно определение продолжительности  процесса распада. При этом считается, что скорость распада является постоянной величиной и не зависит от температуры, давления, химических реакций и других внешних воздействий. Чаще всего  применяются методы, основанные аргон®Pb), калий ® свинец (U®на реакциях превращения атомных ядер: уран Sr) и радиоуглеродный метод датирования.® стронций (Rb®Ar) , рубидий ®(K

Pb) использует для определения® свинец (U ®Радиоизотопный метод уран 4,51 ~возраста распад ядер изотопа урана U238 с периодом полураспада миллиардов лет. Процесс распада происходит в несколько стадий, от урана до свинца их 14:

® a Rn222 + ® a Ra226 + ® a Th230 + ® b U234 + ® b Pr234 + ® a Th234 + ®U238 Po210® b Bi210 + ® a Pb210 + ® b Po214 + ® b Bi214 + ® a Pb 214 + ® aPo218 + . и приводит к образованию стабильного изотопа Pb206. Ясно, чтоa Pb206 + ® b+ чем больше отношение числа атомов Pb206 к числу атомов U238 , тем старше должна быть проба, но при этом надо считаться с возможностью загрязнения свинцом Pb206 первоначальной породы.

Для радиоизотопного  датирования выбирают породы, подобные гранитам, которые возникли путем  кристаллизации жидкости. Такая порода допускает определение возраста, и может оказаться полезной для  определения возраста связанной  с ней осадочной породы или  находящихся в ней окаменелостей. Например, при кристаллизации циркона (ZrSiО4) атомы изотопа урана U238 могут  в кристаллической решетке замещать атомы циркония. Далее атомы U238 распадаются, превращаясь в итоге в свинец Pb206. Понятно, что для правильного  датирования необходимо знать первоначальное содержание в породе изотопа свинца Pb206. Его можно учесть, допуская, что  соотношение концентраций изотопов Pb206 и Pb204 в цирконе и окружающих его породах, не содержащих уран, одинаково. Тогда по избытку изотопа свинца Pb206 в цирконе по отношению к  окружающей породе (только этот изотоп свинца получается из урана) можно определить его долю, получившуюся из урана. Далее  делается допущение, что не было загрязнения  образцов свинцом, например, из грунтовых  вод или выхлопа автомобилей, равно как не было и вымывания  урана, и по отношению концентраций изотопов Pb206 и U238 определяется возраст  кристаллов циркона. Приведенный пример показывает, насколько скрупулезный должен быть химический анализ пород, какие предположения делаются, а  о реальности их выполнения предоставим  судить читателю.

Ar) важен потому, что содержащие уран® аргон (K ®Радиоизотопный метод калий минералы встречаются редко, а содержащие калий - часто. Метод базируется на том, Ar40, превращаясь в ядра®-распад K40bчто ядра изотопа калия K40 испытывают аргона (период полураспада составляет 1,31 миллиарда лет). Главным недостатком этого метода является проникновение в породы аргона из атмосферы (а его в атмосфере около 1%), которое пытаются учитывать по соотношению концентраций атомов двух изотопов аргона Ar40 / Ar36, присутствующих в атмосфере. Однако аргон дает правдоподобные®далеко не всегда датирование по методу калий результаты: при анализе лавы с Гавайских островов, возраст которой был известен Ar был получен возраст 22 млн. лет?!®и составлял 200 лет, по методу K (по-видимому, из-за избыточного давления подводные лавы содержат больше аргона). Ar в десятки раз®Возраст каменных метеоритов, определенный по методу K превышает возраст геологических пород, в которых они найдены. Подобные обескураживающие результаты показывают ненадежность этого метода датирования и повышают скептицизм и к результатам других радиоизотопных методов ввиду множества трудно учитываемых источников ошибок. Отметим, что в калий-аргоновом методе датирования предполагается постоянство отношения концентраций изотопов аргона Ar40/Ar36 в атмосфере на протяжении миллиардов лет, что маловероятно, т.к. изотоп Ar36 образуется в атмосфере под действием космического излучения.

Общий чертой перечисленных  выше радиоизотопных методов датирования  являются близкие значения периодов полураспада используемых изотопов в несколько миллиардов лет, и  соответствующий этим периодам возраст  геологических пород. Во многом сами методы определяют получаемый с их помощью возраст, так как другой возраст, например порядка тысяч  лет, эти методы дать не могут, точно  так же, как на весах для взвешивания  вагонов и автомобилей, невозможно определить вес обручального кольца или использовать их для нужд фармакологии.

Не стоит особенно доверять согласованности результатов, полученными различными радиоизотопными  методами: все они основаны на одних  и тех же допущениях, несостоятельность  многих из которых давно доказана. Основными предположениями являются:

1. Происхождение  Земли в соответствии с небулярной  гипотезой Лапласа. Гипотеза Лапласа  не выдержала проверку временем. Однако для геологии модель  Лапласа не отменена и сегодня.

2. Пирогенное (застывание  жидкости) или метаморфное (кристаллизация осадочной породы) образование кристаллов.