Как образовалась земля?

Интересные факты

• В прошлом Земля считалась центром Вселенной. 2000 лет древние астрономы считали, что Земля статична, а другие небесные тела путешествуют по круговым орбитам вокруг нее. К такому мнению они пришли наблюдая очевидное движение Солнца и планет при наблюдении с Земли. В 1543 году Коперник опубликовал свою гелиоцентрическую модель Солнечной системы, в которой Солнце находится в центре нашей Солнечной системы.

• Земля это единственная планета в системе, которую не назвали в честь мифологических богов или богинь (остальные семь планет в Солнечной системе были названы в честь римских богов или богинь). Имеется ввиду пять видимых невооруженным глазом планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн. Все тот же подход с именами древнеримских богов был использован после открытия Урана и Нептуна. Само же слово «Земля» происходит от старого английского слова «ertha» означающее почву.

• Земля является самой плотной планетой в Солнечной системе. Плотность Земли отличается в каждом слое планеты (ядро, например, является более плотным, чем земная кора). Средняя плотность планеты составляет около 5,52 грамма на кубический сантиметр.

• Гравитационное взаимодействие между Землей и Луной вызывает приливы на Земле. Считается, что Луна заблокирована приливными силами Земли, поэтому ее период вращения совпадает с Земным и она обращена к нашей планете всегда одной и той же стороной.

• Вращение Земли постепенно замедляется. Замедление вращения Земли происходит очень медленно, примерно 17 миллисекунд на сто лет. Но, в конечном итоге, это удлиняет день. Тем не менее, этому процессу потребуется около 140 миллионов лет для того, чтобы увеличить сутки с 24 до 25 часов.

• Атмосфера Земли на 78% состоит из азота, 21% кислорода, а также следовых количеств других газов, включая аргон и углекислый газ.

• Значительная часть земного кислорода была образована в процессе фотосинтеза.

• Земля имеет очень мощное магнитное поле. Это поле защищает планету от воздействия солнечного ветра и, как считают ученые, является результатом никель-железного ядра планеты и его быстрого вращения.

• Земля имеет озоновый слой, который защищает ее от вредного солнечного излучения. Эта оболочка представляет собой особый тип кислорода, который поглощает большую часть мощных ультрафиолетовых лучей.

• 70% поверхности Земли покрыто водой, остальную часть представляют континенты и острова, на которых также присутствует множество озер и других источников воды.

• Считается, что первая жизнь на Земле возникла в океане посредством процесса абиогенеза — естественного процесса, при котором жизнь вырастает из неживой материи в виде простого органического соединения.

• Вода Земли первоначально могла находится внутри планеты. Но, с течением времени, вода была доставлена на поверхность в результате вулканической активности планеты.

• Земля имеет относительно небольшое число видимых кратеров по сравнению с другими твердыми телами в Солнечной системе. Это происходит потому, что Земля является геологически активной, на ней происходят такие процессы, как тектоника и эрозия, которые могут менять ее поверхность.

Разнообразие природных комплексов

Распределение молнечного света на Земле

Разнообразие природных комплексов обусловлено неравномерным распределением тепла и солнечного света по поверхности Земли. Причиной неравномерности является форма земного шара, наличие форм рельефа, влияющих на движение воздушных масс, соотношение суши и воды и другие природные факторы. Природные комплексы различаются по размерам и способу формирования.

На Земле насчитывается большое количество природных комплексов различного уровня и масштаба. Чем меньше размеры природного комплекса, тем выше выражена однородность природных компонентов и их тесная взаимосвязь.

Температура

Средняя температура планеты Земля – 14,7° Цельсия. Температурный максимум был зарегистрирован в иранской пустыне Дашти — Лут, которая в 2005 году прогрелась до 70,7°С. Самыми жаркими областями также считаются ливийская Эль-Азизия, Долина смерти в США, аравийская пустыня Руб-Эль-Хали и малийский город Тибуку. Самая низкая температура на поверхности Земли за всю историю наблюдений (-89,2°С) была зафиксирована в 1983 году  на антарктической станции Восток. Кроме Антарктиды экстремально низкие температуры наблюдались в якутских поселениях Верхоянск и Оймякон, гренландской исследовательской станции North Ice, канадском городе Снэг.

Эллиптическая орбита Земли

Нет, маршрут планеты не выступает идеальным кругом. Мы вращаемся по вытянутому эллипсу. Впервые это описал Иоганн Кеплер. Можете изучить движение Земли по орбите на схеме.

Строение орбиты Земли

Ученый измерил орбиты Земли и Марса и понял, что периодически они ускорялись и тормозили. Это совпадало с показателями афелия и перигелия, а значит дистанция от звезды основывается на орбитальной скорости (никакой круговой орбиты).

Для характеристики природы эллиптических орбит исследователи используют понятие эксцентриситета – от 0 к 1. Если он приближен к 0, то имеем практически круг. У Земли – 0.02, то есть близка к круговой.

Текущие исследования планет Земной группы

Исследователи считают, что планеты земного типа – лучшие кандидаты в обнаружении жизни. Конечно, выводы основаны на том, что единственная планета с жизнью – Земля, поэтому ее характеристики и особенности служат своеобразным эталоном.

Все говорит о том, что жизнь способна выживать в экстремальных условиях. Поэтому ее ожидают найти даже на Меркурии и Венере, несмотря на их высокие температуры. Больше всего внимания уделяют Марсу. Это не только главный кандидат в нахождении жизни, но и потенциальная будущая колония.

Если все пойдет по плану, то в 2030-х гг. на Красную планету могут отправить первую партию астронавтов. Сейчас на планете постоянно находятся роверы и орбитальные аппараты, которые ищут воду и признаки жизни.

Экзопланеты земного типа

Многие найденные экзопланеты оказывались газовыми гигантами, потому что их намного проще отыскать. Но с 2005 года мы начали активно улавливать земные объекты благодаря миссии Кеплер. Большую часть  найденных экзопланет оказались супер=землями (похожими на планету Земля, но намного крупнее).

Художественное представление Глизе 876d

Среди таких стоит вспомнить Глизе 876d, чья масса в 7-9 раз превосходит земную. Совершает обороты вокруг красного карлика, отдаленного от нас на 15 световых лет. В системе Глизе 581 нашли 3 земных экзопланеты на расстоянии в 20 световых лет от нас.

Наименьшая – Глизе 581e. Она превышает массу Земли всего в 1.9 раз, но расположена крайне близко к своей звезде. Первой подтвержденной земной экзопланетой была Кеплер-10b, которая больше массы Земли в 3-4 раз. Она отдалена на 460 световых лет и была найдена в 2011 году.

Супер-Земли

Среди экзопланет удалось отыскать множество супер-земель (по размеру они находятся между Землей и Нептуном). Этот тип планет не встретить на территории нашей Солнечной системы, поэтому пока еще не ясно, как именно они выглядят.

Сейчас научный мир ожидает запуска телескопа Джеймс Уэбб, который обещает увеличить силу поиска и приоткроет нам космические тайны

Категории планет Земной группы

Существует разделение планет земного типа. Силикатные – типичные объекты нашей Солнечной системы, представленные каменной мантией и металлическим ядром. Железные – теоретическая разновидность, состоящая полностью из железа. Это придает больший показатель плотности, но сокращает радиус. Такие планеты способны появиться только на территориях с высоким температурным показателем.

Скалистые – еще один теоретический вид, где есть силикатная порода, но нет металлического ядра. Они должны сформироваться подальше от звезды. Углеродистые – наделены металлическим ядром, вокруг которого скопился углеродосодержащий минерал.

Раньше мы думали, что детально изучили процесс планетарного формирования. Но рассмотрение экзопланет заставляет находить множество пробелов и приниматься за новые исследования. Это расширяет также условия поиска жизни в чужих мирах. Кто знает, что мы там увидим, если сможем послать зонд.

Исследования планеты

В исследовании собственного
дома люди, естественно, продвинулись сильнее всего. Все научные направления,
изучающие земную поверхность и космическое пространство вокруг нее, объединены
в термин геонауки.

Геология – наиболее всеобъемлющая отрасль геонауки, изучающая строение, происхождение планеты Земля, состав и структуру ее поверхности, а также все происходящие на ней процессы.  Геология имеет множество ответвлений и смежных направлений, позволяющих досконально изучить прошлое, настоящее и будущее третьей от Солнца планеты. Общее количество наук геологического цикла – 697. Наиболее известными из них являются география, литология, палеонтология, топография, экология, геохимия, океанология, метеорология, климатология.

Изучением Земли, как космического объекта, занимается планетология. Она выясняет, почему Земля является особой планетой Солнечной системы, изучает взаимодействие с другими небесными телами, а также использует ее в качестве аналога для сравнения с другими небесными телами.

Исследование Земли
началось еще в Древнем мире. Античные историки и географы наблюдали, а позднее
описывали в своих трудах происходящие тектонические изменения, изучали минералы
и металлы, пытались объяснить формирование различных форм ландшафта. Влияние
церкви с ее библейскими представлениями о возникновении мира в средние века
немного притормозило все исследования. Окончательное становление геологических
наук произошло лишь к концу 17 века. С этих пор геология и смежные дисциплины
продолжают развиваться, используя в своих исследованиях самые новые технологии
и современные данные других наук.

Как Эратосфен вычислил диаметр Земного шара

Например, древние греки – известные мореходы древности, к 250 г. до н. э. уже точно знали – есть земли и западнее Гибралтарского пролива, а на востоке, суша простирается вплоть до самой Индии — а это, уже само про себе давало протяженность в 10 000 км. Но и на таком немалом расстоянии, поверхность Земли не замыкалась в шар, то есть окружность Земли явно была не меньше тех самых 10 000 км, но вот насколько она была больше — никто сказать ещё не мог.

Первым, кто предложил точный ответ и методику измерения диаметра Земли, основанный целиком на наблюдениях и вычислениях ответ, был греческий ученый Эратосфен из Кирены (276—196 гг. до н. э.).

Эратосфен знал, что во время летнего солнцестояния (21 июня), когда полуденное Солнце выше всего поднимается над горизонтом, оно стоит прямо в зените над египетским городом Сиеной (нынешний Асуан). Это доказывалось тем, что палка, вертикально воткнутая в землю, в этот день не давала там тени.

Но палка, вертикально воткнутая в землю в Александрии, на 800 км севернее Сиены, в тот же день отбрасывала коротенькую тень, которая показывала, что полуденное Солнце находится на семь с лишним градусов южнее зенита.

Карта Египта и положение городов Александрия и Сиена (Асуан) – измерив длину тени в этих городах и зная расстояние между ними, Эратосфен вычислил размер Земли

Если бы Земля была плоской, Солнце и в Александрии, и в Сиене одновременно стояло бы в зените. Одно то, что это было не так, уже доказывало, что поверхность Земли между этими двумя городами не плоская, а немного искривленная. То есть палка, вертикально воткнутая в землю в одном из них, оказывалась направленной под углом к палке, воткнутой вертикально в другом. Проще говоря – одна палка точно указывала прямо на Солнце, а вот другая — нет.

Логично было предположить, что чем больше будет кривизна поверхности Земли, тем больше должны быть и угол между палками и разница в длине отбрасываемой ими тени. Эратосфен тщательно подкрепил свои расчеты геометрическими построениями, но мы можем просто сказать, что поскольку разница примерно в 7° соответствует 800 км, то разница в 360° (или полный оборот по окружности) будет соответствовать пропорционально 40 000 км.

Если окружность шара известна, то известен и его диаметр, так как диаметр любой окружности равен ее длине, деленной на число π, равное примерно 3,14.

Таким образом, Эратосфен пришел к выводу, что окружность Земли составляет примерно 40 000 км, а диаметр Земли равен приблизительно 12 800 км. Площадь поверхности такого шара равна примерно 500 000 000 кв. км, т.е. в шесть раз больше того мира, который был известен древним.

Однако, земной Шар Эратосфена, по-видимому, оказался для древних греков уж чрезмерно большим, и когда позднее другие астрономы повторили его наблюдения и получили меньшие цифры (окружность 29 000 км, диаметр 9 200 км, площадь 250 000 000 кв. км), то именно эти цифры и были охотно приняты, а об открытии Эратосфена поспешили забыть.

Поверхность Земли

Около 30% поверхности Земли является сушей. В отличие от других планет, на земной поверхности отсутствуют кратеры от столкновения с разными космическими телами.

Некоторые ученые считают, что кратеров нет по причине выветривания, вызываемого атмосферными осадками.

Однако другие исследователи уверены, что это происходит вследствие эрозии, то есть разрушения пород и почв водными потоками и ветром.

По мнению экспертов, существует 2 геологических механизма, посредством которых происходило формирование Земли.

• В качестве первого механизма выступала вулканическая активность, в результате чего земная кора видоизменилась, и появились острова.
• Вторым механизмом было горообразование, вызванное движением тектонических плит.

Teegarden B

Самым удачным открытием за последнее время, ученые считают планету находящуюся всего в 12 с половиной световых годах от нас называют её Teegarden B. Под этим именем она входит в список потенциально обитаемых экзопланет, несмотря на то, что находится эта планета не в солнечной системе, а в созвездии овна, она очень напоминает нашу Землю. Освещает планету звезда под названием Teegarden, открытая в 2003 году звезда Teegarden намного легче нашего солнца, ее возраст составляет примерно 8 миллиардов лет. Кроме Teegarden B, вокруг этой звезды вращается ещё одна похожая планета Teegarden C. Более того если Teegarden C ввиду удаленности от своей звезды имеют температуру поверхности схожую с марсианскими показателями — 47 градусов по цельсию, то средняя температура на Teegarden B составляет по подсчетам ученых 28 градусов по цельсию. Радиус и состав планеты очень похожи на наши, правда если мы переберемся жить на эту планету в привычный режим придется вносить изменения, ведь один день здесь длится целых пять земных дней. Таким образом данная планета стала самым вероятным кандидатом на наличие жизни за всю историю исследований и наблюдений, получив высочайшей на сегодняшний день индекс подобия нашей планеты. Теперь ученым нужно выяснить присутствует ли на данных планетах атмосфера благоприятная для углеродной формы жизни. Подтверждение данной информации, будет означать открытие ближайшей родственнице Земли на которой возможно в какой-то стадии развития процветает инопланетная жизнь. В изучении планеты сильно затрудняет тот факт что находится она очень далеко от нас. Хотя ученые считают что она находится в так называемой обитаемой зоне и на ней может присутствовать большое количество жидкой воды. Необычная особенность этой планетной системы в ее расположении относительно Земли и Солнца, несмотря на внешнюю неприметность, созвездие овна хорошо известно и располагается примерно в той же плоскости, в которой лежит солнечная система. Более того, сама звезда Teegarden лежит в этой плоскости довольно точно настолько, что если смотреть оттуда на солнце, то земля и другие планеты нашей системы, будут время от времени проходить на фоне солнечного диска, слегка затмевая его свечение.

Методы исследования структуры Земли

Представления о строении Земли, изучение процесса строятся на основании данных топографии, батиметрии и гравиметрии.

Научная дисциплина может рассматриваться как самостоятельный раздел картографии и геодезии.

Название дисциплины соединяет греческие термины «глубина» и «мера».

Данные батиметрии используют для навигации и научных изысканий.

Данные представляются схемами и таблицами.

Также представления о строении Земли формируются на основе наблюдения горных пород в обнажениях, образцах, которые подняли с больших глубин; анализа сейсмических волн и экспериментах с кристаллическими телами при температурах и давлениях, близких к недрам планеты.

Ядро исследуют с помощью анализа радиоактивных изотопов, которые содержаться в вулканических породах глубоко внутри Земли.

Вещества, которые входят в состав мантии, еще до конца не изучены, сведений мало. Ответы на вопросы находят путем выдвижения гипотез и лабораторных экспериментов.

Мантия находится глубоко под Землей. Самые глубокие буровые скважины не доходят до нее. При прорыве газов через земную кору образуются кимберлитовые трубки. Через них поступают мантийные породы и минералы.

Один из известных — алмаз.

Мантию можно исследовать с помощью нейтрино.

Эти частицы — разновидность антивещества, антинейтрино — выделяются в результате радиоактивного распада урана, тория и других радиоактивных изотопов глубоко под землей.

Анализ земной коры проводят с использованием кремния и алюминия. Их находят в континентальных областях. В сочетании с кислородом они дают гранит. Под океанским дном — базальтовые породы. В них преобладает кремний, магний и железо.

Но чистых образцов пород из мантии добыть не удалось.

Те породы, которые оказываются на поверхности — загрязнены.

При извержении вулканов выбрасываются сгустки мантии. В них содержится оливин и пироксен. В них много магния и железа.

Ученые пытаются узнать истину: строят предположения о составе мантии, используют косвенные доказательства. Они разработали детекторы для обнаружения антинейтрино. Человек становится ближе к пониманию основ.

Солнечная система

Но наличие атмосферы, водной оболочки, достаточного количества света и умеренных температур прежде всего обусловлено расположением Земли относительно Солнца. Ведь жизнь возможна лишь на одной из восьми планет Солнечной системы. В зависимости от строения все планеты делятся на две группы и распределяются следующим образом по расстоянию до Солнца.

Планеты земной группы:

• Меркурий — 58 миллионов километров до Солнца. Самая маленькая планета системы имеет очень разряженную атмосферу, из-за чего наблюдаются невероятные температурные колебания на поверхности, которые варьируются от +430 °С до -190 °С.
• Венера — 108 миллионов километров. По плотности атмосфера этой планеты превосходит земную в девяносто раз. Венера представляет собой настоящий парник, температура ее поверхности нагревается до 460 °С, поэтому вода не может оставаться в жидком состоянии, следовательно, невозможна жизнь.
• Земля — 149.5 миллиона километров. Идеальные условия для жизни. Масса и площадь поверхности планеты Земля больше, чем каждой из планет земной группы.
• Марс – 228 миллионов километров. Углекислая атмосфера Марса в 500 – 800 раз менее плотная, нежели атмосфера Земли. Марсианская поверхность не способна поддерживать нужный для жизни температурный режим. Марс — очень холодная планета, ночами на ее поверхности воцаряется мороз до -100 °С.

Планеты из группы газовых гигантов:

• Юпитер — 778 миллионов километров. Самая большая планета Солнечной системы. Ее масса в два с половиной раза больше суммарной массы остальных семи планет, а площадь почти в 122 раза больше площади планеты Земля. Юпитер преимущественно состоит из гелия и водорода.
• Сатурн — 1.43 миллиарда километров. Плотность этой планеты, которая известна своими удивительными кольцами, меньше, чем плотность воды.
• Уран — 2.88 миллиарда километров. Самая холодная планета системы, температура на поверхности Урана опускается до -224 °С.
• Нептун — 4.5 миллиарда километров. Самая дальняя от Солнца планета имеет атмосферу, состоящую в основном из водорода и гелия с примесями метана. Нептун, как и Уран, очень холоден, температура на нем опускается ниже 200 °С.

Анализируя эту информацию, можно в очередной раз изумиться стечению обстоятельств, сделавших возможной жизнь на Земле. Долгое время ученые и фантасты допускали инопланетную жизнь на Венере и Марсе, но исследования последних десятилетий показали, что это маловероятно. На соседках Голубой планеты слишком суровый климат, неподходящая плотность атмосферы. Там не существует океана, который породил биосферу на Земле, и нет достаточного мощного магнитного поля для защиты живых существ от смертельного излучения Солнца.

Ускорение свободного падения на поверхности Земли

Из школьной программы мы знаем, что это ускорение тела при свободном падении (движение в пространстве, где на тело воздействует сила тяжести).

Хотя поверхность Земли имеет упомянутое ускорение как постоянную величину 9,81 м/с2, она действительна для широты 45,50 над уровнем моря. Понятно, что это среднее значение, которое допустимо применять для решения несложных задач.

Однако для точных расчётов определённого места следует учитывать время, широту и высоту над уровнем моря. В таком случае можно получить максимально приближенное к реальности значение ускорения свободного падения.

Ускорение свободного падения у поверхности Земли

Стоит отметить, что в результате вращения Земли, её форма похожа на сплюснутый эллипсоид. Точнее геоид, то есть эллипсоид с большим диаметром экватора по сравнению с диаметром полюсов.

При расчётах, которые связаны с вращением Земли, необходимо помнить про центробежное ускорение. Проще говоря, баланс сил всего в совокупности.

Как видно, поверхность Земли неоднозначна и неоднородна, множество факторов влияет на неё. Безусловно, её условия и свойства во многом отличаются от других планет. Именно благодаря этим отличительным качествам мы с вами и живём на нашей голубой родине.

Грандиозное объединение

В конце данного периода перемещение тектонических плит привело к соединению Гондваны с прочими континентами. Результатом стала огромная суша, объединившая практически все древние материки.

Название этому единому континенту ученые геологи дали — им была Пангея, располагалась она от Северного до Южного полюса. Горные системы, существующие ныне на территории Северной Америки, Азии, Австралии являются результатом сближения тектонических плит.

Разделение единого континента Пангеи на отдельные континенты началось спустя сотни миллионов лет. В результате суша планеты (материки) и океаны своими очертаниями мало-помалу приблизились к тем, что мы привыкли наблюдать на современных географических картах.

Долгие годы ученые-геологи сомневались в правдоподобии теории континентального дрейфа, то есть способности континентов сближаться и удаляться. Но собранные в шестидесятых годах прошлого века научные данные развеяли эти сомнения.

Географическая оболочка

Природным комплексом планетарного уровня является географическая оболочка. В её составе между собой взаимодействуют компоненты, которые представлены сферами Земли:

• литосферой (земная кора);
• атмосферой (тропосфера и стратосфера);
• гидросферой;
• биосферой;
• антропосферой.

Несмотря на разнообразие внутреннего состава географической оболочки, её компоненты объединены в единую материальную систему общим круговоротом вещества и энергии.

Круговорот веществ в природе

Каждый из компонентов географической оболочки имеет свои особенности и закономерности в развитии. Вместе с тем, проникая друг в друга, они испытывают взаимное влияние. Изменение одного компонента отражается на целостности географической оболочки и влечёт изменение в других сферах.