Реферат: Планета Земля

Министерство образованияРоссийской Федерации

Реферат по астрономии:

ПЛАНЕТАЗЕМЛЯ

Выполнила:

Ученица11 класса Б

МОУСОШ №50

ЯкушеваАлена

Преподаватель:

ШипиловаН.Н.

Г. Слюдянка, 2003 год

Содержание

1.

Планета Земля

2.

Внутреннее строениеЗемли

3.

Тепловая энергияпланетыТектоника плит Эволюция Земли Атмосфера Земли Гидросфера Земли

Планета Земля

Земля как одна из планет Солнечной системы на первый взгляд ничем непримечательна. Это не самая большая, но и не самая малая из планет. Она неближе других к солнцу, но и не обитает на периферии планетной системы. И всё жеЗемля обладает одной уникальной особенностью – на ней есть жизнь. Однако привзгляде на Землю из космоса это не заметно. Хорошо видны облака, плавающие ватмосфере. Сквозь просветы в них различимы материки. Большая же часть Землипокрыта океанами.

Появление жизни, живого вещества – биосферы – на нашейпланете явилось следствием её эволюции. В свою очередь биосфера оказалазначительное влияние на весь дальнейший ход природных процессов. Так, не будьжизни на Земле, химический состав её атмосферы был бы совершенно иным.

Несомненно, всестороннее изучение Земли имеетгромадное значение для человечества, но знания о ней служат также своеобразнойотправной точкой при изучении остальных планет земной группы.

ВнутреннеестроениеЗемли

Не просто «заглянуть» в недра Земли. Даже самые глубокие скважины насуше едва преодолевают 10 – километровый рубеж, а под водой удаётся, пройдяосадочный чехол, проникнуть в базальтовый фундамент не более чем на 1.5 км.Однако нашёлся другой способ. Как в медицине рентгеновские лучи позволяютувидеть внутренние органы человека, так при исследовании недр планеты на помощьприходят сейсмические волны. Скорость сейсмических волн зависит от плотности иупругих свойств горных пород, через которые они проходят. Более того, ониотражаются от границ между пластами пород разного типа и преломляются на этихграницах.

По записям колебаний земной поверхности приземлятресениях – сейсмограммам – было установлено, что недра Земли состоят изтрёх основных частей: коры, оболочки (мантии) и ядра.

Кора отделяется от оболочки отчётливой границей, накоторой скачкообразно возрастают скорости сейсмических волн, что вызвано резкимповышением плотности вещества. Эта граница носит название раздел Мохоровичича(иначе – поверхность Мохо или раздел М) по фамилии сербского сейсмолога,открывшего её в 1909 г.

Толщина коры непостоянна, она изменяется от несколькихкилометров в океанических областях до нескольких десятков километров в горныхрайонах материков. В самых грубых моделях Земли кору представляют в видеоднородного слоя толщиной порядка 35 километров. Ниже, до глубины примерно 2900км, расположена мантия. Она, как и земная кора, имеет сложное строение.

Ещё в XIXстолетии сталоясно, что у Земли должно быть плотное ядро. Действительно, плотность наружныхпород земной коры составляет около 2800 кг/м3 для гранитов ипримерно 3000 кг/м3 для базальтов, а средняя плотность нашей планеты– 5500 кг/м3. В то же время существуют железные метеориты со среднейплотностью 7850 кг/м3 и возможна ещё более значительная концентрацияжелеза. Это послужило основанием для гипотезы о железном ядре Земли. А в началеXXв. были получены первые сейсмологическиесвидетельства его существования.

Граница между ядром и мантией наиболее отчётливая. Онасильно отражает продольные (Р) и поперечные (S) сейсмические волны и преломляет Р-волны. Ниже этойграницы скорость Р-волны резко падает, а плотность вещества возрастает: от 5600кг/м3 до 10000 кг/м3. S-волны ядро вообще не пропускает. Это означает, чтовещество там находится в жидком состоянии.

Есть и другие свидетельства в пользу гипотезы о жидкомжелезном ядре планеты. Так, открытое в 1905г. изменение магнитного поля Земли впространстве и по интенсивности привело к заключению, что оно зарождается вглубинах планеты. Там сравнительно быстрые движения могут происходить, невызывая катастрофических последствий. Наиболее вероятный источник такого поля –жидкое железо (т.е. проводящее токи) ядро, где возникают движения, действующиепо механизму самовозбуждающегося динамо. В нём должны существовать токовыепетли, грубо напоминающие витки провода в электромагните, которые и генерируютразличные составляющие геомагнитного поля.

В 30–е гг. сейсмологи установили, что у Земли есть ивнутреннее, твёрдое ядро. Современное значение глубины границы между внутренними внешним ядрами примерно 5150 км.

Граница наружной зоны Земли – расположена на глубинепорядка 70 км. Литосфера включает в себя как земную кору, так и часть верхнеймантии. Этот жёсткий слой объединяется в единое целое его механическимисвойствами. Литосфера расколота примерно на десять больших плит, на границахкоторых случается подавляющее число землетрясений.

Под литосферой на глубинах от 70 до 250 км существуетслой повышенной текучести – так называемая астеносфера Земли. Жёсткиелитосферные плиты плавают в «астеносферном океане».

В астеносфере температура мантийного веществаприближается к температуре его плавления. Чем глубже, тем выше давление итемпература. В ядре Земли давление превышает 3600 кбар, а температура – 6000 С0.

Тепловая энергия планеты

О высокой температуре земных недр учёные догадывались давно. Об этомсвидетельствовали и вулканические извержения, и рост температуры при погружениив глубокие шахты. В среднем у поверхности Земли её увеличение составляет 20градусов на километр.

Тепловая энергия земных недр выделяется с поверхностипланеты в виде теплового потока, который измеряется количеством тепла,выделяемого с единицы площади за единицувремени. Измерить тепловой поток Земли с достаточной точностью удалось тольково второй половине XXвека.

Континентальную земную кору можно представить в виде15 – километрового слоя гранита, лежащего на слое базальта такой же толщины.Концентрация радиоактивных изотопов, служащих источниками тепла, в гранитах ибазальтах хорошо изучена. Это прежде всего радиоактивный калий, уран и торий.Подсчитано, что при их распаде выделяется примерно 130 Дж/(см год). В тожевремя средний тепловой поток, который равен 130 – 170 Дж/(см год).Следовательно, он почти полностью определяется тепловыделением в гранитном ибазальтовом слоях.

С океанической корой всё обстоит иначе. Оназначительно тоньше континентальной, и основу её составляет 5 – 6 –километровыйбазальтовый слой. Распад содержащихся в нём радиоактивных элементов даёт всегооколо 10 Дж/(см год). Однако, когда специалисты измерили тепловой поток наокеанах, он оказался примерно таким же, как и на материках.

Сегодня установлено, что основная часть теплапоступает в океаническую кору через литосферную плиту из мантии. Веществомантии постоянно находится в движении. Неравенство температур различных слоёв вней приводит к активному перемешиванию вещества: более холодное и,соответственно, более плотное тонет, более горячее всплывает. Это такназываемая тепловая конвекция.

Большинство современных исследователей указывают натри возможных источника энергии для поддержания тепловой конвекции в мантии. Во– первых, мантия всё ещё сохраняет большое количество тепла, накопленного впериод формирования планеты. Его достаточно, чтобы поверхностный тепловой потоксохранялся на его теперешнем уровне в течение срока, в несколько разпревышающего нынешний возраст Земли. При этом планета должна остывать, но еёостывание происходит очень медленно. Во – вторых, определённое количествотепла, по-видимому, поставляется в мантию из ядра. И, наконец, третий источник– это распад радиоактивных элементов (их содержание в мантии в настоящее времятрудно оценить).

Тектоника плит

Ещё в 1912 г. немецкий исследователь Альфред Вегенер выдвинул гипотезудрейфа континентов. На эту идею его натолкнули поразительное соответствиеочертаний береговых линий материков Африки и Южной Америки, а также явные следыглобального изменения климата в прошлом во многих регионах мира. Но гипотезапоначалу была отвергнута научным сообществом, так как не указывала причиндрейфа. В 30 – е гг. английский геолог Артур Холмс предложил объяснить движениеконтинентов тепловой конвекцией. В 50 – гг., когда широко проводилисьисследования дна океана, гипотеза о крупны горизонтальных перемещениях влитосфере получила новые подтверждение. Значительную роль в этом сыгралоизучение магнитных свойств пород, слагающих океаническое дно.

Ещё в начале XXв. былоустановлено, что намагниченность современных лав соответствует нынешнемумагнитному полю Земли, а у древних лав она часто ориентирована под большимиуглами или вообще противоположна направлению современного поля. По сути делаэта картина отражает состояние магнитного поля в предшествующие геологическиеэпохи. В базальтовых лавах много железа, и они, затвердевая по мере охлаждения,намагничивались в соответствии с существовавшим в тот период геомагнитнымполем.

Имелись также данные о перемене полярности: северный магнитный полюс Землистановился южным, и наоборот. Зарегистрировано 16 инверсий магнитных полюсов запоследние несколько миллионов лет. (Причины такой переполюсировки до сих порокончательно не выяснены, предположительно её вызвали процессы, происходившие вжидком ядре.). И, как оказалось, график этих инверсий свидетельствовал в пользукрупномасштабных перемещений материков.

Магнитная съёмка тихоокеанского дна в 1955 и 1957 гг. обнаружилапростирающиеся почти параллельно с севера на юг «полосы» с магнитными полямианомальной напряжённости. А в 1963 г. были открыты полосовые магнитныеаномалии, вытянутые параллельно хребту Карлсберг в Индийском океане. К этомувремени уже стала довольно известной гипотеза, выдвинутая в 1960г. профессоромПринстонского университета (США) Гарри Хессом и названная позже гипотезойспрединга, или «расширения морского дна». По ней, горячая полурасплавленнаямантийная масса поднимается под срединно – океаническими хребтами,распространяется в стороны от них в виде мощных потоков, которые разрывают ирасталкивают плиты литосферы в разные стороны. Мантийное вещество заполняетобразовавшиеся с обеих сторон от хребтов трещины – рифты.

На площадь поверхности Земли (как и её объём) практически не измениласьза время её существования. Поэтому если новые участки поверхности наращиваютсявдоль хребтов, то где – нибудь они должны и уничтожаться. Вероятнее всего, этопроисходит в глубоководных океанских желобах. Эти так называемые зоны субдукции(поглощения) расположены вдоль вулканических дуг, протянувшихся в Тихом океанеот Аляски вдоль Алеутских островов к Японии, Марианским островам и Филиппинамвплоть до Новой Зеландии и вдоль берегов Америки. Когда в этих зонах земнаякора опускается до глубины 100 – 150 км, часть вещества плавится, образуямагму, которая затем в виде лавы прорывается наверх и извергается в вулканах.

Таким образом, земная кора создаётся в рифтовых зонах океанов, какленточный конвейер, движется со средней скоростью 5 см в год, постепенноостывая.

Гипотеза спрединга может хорошо объяснить магнитные аномалии морскогодна. Если расплавленная порода, изливающаяся в срединно – океанических хребтах,затвердевает с обоих сторон от них, а затем расползается в противоположныхнаправлениях, то она будет создавать полосы, намагниченные согласно с ориентациеймагнитного поля в период их застывания. Когда поверхность меняется, вновьобразовавшееся морское дно намагничивается в противоположном направлении.Чередование полос даёт подробную картину формирования морского дна по обеимсторонам от активного хребта, причём одна сторона является зеркальнымотражением другой.

Первые же магнитные карты тихоокеанского дна у берегов СевернойАмерики, в районе хребта Хуан-де-Фука, показали наличие зеркальной симметрии.Ещё более симметричная картина обнаружена с обеих сторон центрального хребта вАтлантическом океане.

Используя концепцию дрейфа материков, известную сегодня как «новаяглобальная тектоника», можно восстановить взаимное расположение континентов вдалёком прошлом. Оказывается, 200 млн. лет назад она составляли единый материк.

Эволюция Земли

Вопрос ранней эволюции Земли тесно связан с теорией её происхождения.Сегодня известно, что наша планета образовалась около 4.6 млрд лет назад. Впроцессе формирования Земли из частиц протопланетного облака постепенноувеличивалась её масса. Росли силы тяготения, а следовательно, и скоростичастиц, падавших на планету. Кинетическая энергия частиц превращалась в тепло,и Земля всё сильнее разогревалась. При ударах на ней возникали кратеры, причёмвыбрасываемое из них вещество уже не могло преодолеть земного тяготения ипадало обратно.

Чем крупнее были падавшие тела, тем сильнее онинагревали Землю. Энергия удара освобождалась не на поверхности, а на глубине,равной примерно двум поперечникам внедрившегося тела. А так как основная массана этом этапе поставлялась планете телами размером в несколько сот километров,то энергия выделялась в слое толщиной порядка 1000 км. Она не успевалаизлучится в пространство, оставаясь в недрах Земли. В результате температура наглубинах 100 – 1000 км могла приблизиться к точке плавления. Дополнительноеповышение температуры, вероятно, вызывал распад короткоживущих радиоактивныхизотопов.

По – видимому, первые возникшие расплавы представлялисобой смесь жидких железа, никеля и серы. Расплав накапливался, а затемвследствие более высокой плотности просачивался вниз, постепенно формируяземное ядро. Таким образом, дифференциация (расслоение) вещества Земли могланачаться ещё на стадии её формирования. Ударная переработка поверхности и начавшаясяконвекция, несомненно, препятствовали этому процессу. Но определённая частьболее тяжёлого вещества всё же успевала опуститься под перемешиваемый слой. Всвою очередь дифференциация по плотности приостанавливала конвекцию исопровождалась дополнительным выделением тепла, ускоряя процесс формированияразличных зон в Земле.

Предположительно ядро сформировалось за несколько сомиллионов лет. При постепенном остывании планеты богатый никелемжелезоникелевый сплав, имеющий высокую температуру плавления, началкристаллизоваться – так зародилось твёрдое внутреннее ядро. К настоящемувремени оно составляет 1.7% массы Земли. В расплавленном внешнем ядресосредоточено около 30% земной массы.

Развитие других оболочек продолжалось гораздо дольше ив некотором отношении не закончилось до сих пор.

Литосфера сразу после своего образования имеланебольшую толщину и была очень не устойчивой. Она снова поглощалась мантией,разрушалась в эпоху великой бомбардировки (от 4.2 до 3.9 млрд лет назад), когдаЗемля, как и Луна, подвергалась ударам очень крупных и довольно многочисленныхметеоритов. На Луне и сегодня можно увидеть свидетельства метеоритнойбомбардировки – многочисленные кратеры и моря (области, заполненные излившейсямагмой). На нашей планете активные тектонические процессы и воздействиеатмосферы и гидросферы практически стёрли следы этого периода.

Около 3.8 млрд лет назад сложилась первая лёгкая и,следовательно, «непотопляемая» гранитная кора. В то время планета уже имелавоздушную оболочку и океаны; необходимые для их образования газы усиленнопоставлялись из недр Земли в предшествующий период. Атмосфера тогда состояла восновном из углекислого газа, азота и водяных паров, кислорода в ней было мало,но он вырабатывался в результате, во – первых, фотохимической диссоциации водыи, во – вторых фотосинтезирующей деятельности простых организмов, таких, каксине – зелёные водоросли.

600 млн лет назад на Земле было несколько подвижныхконтинентальных плит, весьма похожих на современные. Новый сверхматерик Пангеяпоявился значительно позже. Он существовал 300 – 200 млн лет назад, а затемраспался на части, которые и сформировали нынешние материки.

Что ждёт Землю в будущем? На этот вопрос можноответить лишь с большой степенью неопределённости, абстрагируя как от возможноговнешнего, космического влияния, так и от деятельности человечества,преобразующего окружающую среду, причём не всегда в лучшую сторону.

В конце концов недра Земли остынут до такой степени,что конвекция в мантии и, следовательно, движение материков (а значит, игорообразование, извержение вулканов, землетрясения) постепенно ослабнут ипрекратятся. Выветривание со временем сотрёт неровности земной коры, иповерхность планеты скроется под водой. Дальнейшая её судьба будет определятсясреднегодовой температурой. Если она значительно понизится, то океан замёрзнети Земля покроется ледяной коркой. Если же температура повысится (а скорее кэтому и приведёт возрастающая светимость Солнца), то вода испарится, обнаживравную поверхность планеты. Очевидно, ни в том, ни в другом случае жизньчеловечества на Земле будет уже не возможна, по крайней мере в нашемсовременном представлении о ней.

Атмосфера Земли

В настоящее время Земля обладает атмосферой массойпримерно 5.15*10 кг., т.е. менее миллионной доли массы планеты. Вблизиповерхности она содержит 78.08% азота, 20.05% кислорода, 0.94% инертных газов,0.03% углекислого газа и в незначительных количествах другие газы.

Давление и плотность в атмосфере убывают с высотой.Половина воздуха содержитсь в нижних 5.6 км, а почти вся вторая половинасосредоточена до высоты 11.3 км. На высоте 95 километров плотность воздуха вмиллион раз ниже, чем у поверхности. На этом кровне и химический составатмосферы уже иной. Растёт доля лёгких газов, и преобладающими становятся водороди гелий. Часть молекул разлагается на ионы, образуя ионосферу.

Выше 1000 км. Находятся радиационные пояса. Их тожеможно рассматривать как часть атмосферы, заполненную очень энергичными ядрамиатомов водорода и электронами, захваченными магнитным полем планеты.

Гидросфера Земли

Вода покрывает более 70% поверхности земного шара, а средняя глубинаМирового океана около 4 км. Масса гидросферы примерно 1.46*10 кг. Это в 275 разбольше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей Земли.

Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, вкоторых растворены соли (в среднем 3.5%), а также ряд газов. Верхний слойокеана содержит 140 трлн тонн углекислого газа, а растворённого кислорода – 8трлл тонн.

Литература:

Энциклопедия«Астрономия для детей»

еще рефераты

Еще работы по астрономии

Реферат по астрономии

Солнечная система (Солнце, Земля, Марс)

8 Июня 2015

Реферат по астрономии

Одиноки ли мы во Вселенной?

29 Августа 2013

Реферат по астрономии

Тайны Красной планеты

8 Июня 2015

Реферат по астрономии

Перспективы телескопии

29 Августа 2013