Плотность Земли. Изучение планеты

Земля входит в состав Солнечной системы, находится на дистанции 149,8 миллионов километров от Солнца и является пятой по размеру среди других планет.

Немного о планете Земля

Скорость обращения небесного тела вокруг Солнца составляет 29,765 км/с. Полный оборот она делает за 365.24 солнечных суток.

Наша планета Земля обладает одним спутником. Это Луна. Она находится на орбите нашей планеты на дистанции 384 400 км. У Марса насчитывается два спутника, а у Юпитера - шестьдесят семь. Средний радиус нашей планеты составляет 6371 км, при этом она похожа на эллипсоид, немного сплюснутый у полюсов и вытянутый по экватору.

Масса и плотность Земли

Её масса составляет 5,98*1024 кг, а средняя плотность Земли равна 5.52 г/см³. В то же время этот показатель у земной коры находится в пределах 2.71 г/см³. Из этого следует, что плотность планеты Земля значительно увеличивается по направлению к глубине. Это связано с особенностью ее строения.

Впервые средняя плотность Земли была определена И. Ньютоном, который вычислил ее в размере 5-6 г/см³. Ее химический состав имеет сходство с планетами земной группы, такими как Венера и Марс и частично Меркурий. Состав Земли: железо - 32%, кислород - 30%, кремний - 15%, магний - 14%, сера - 3%, никель - 2%, кальций - 1,6% и алюминий - 1,5%. На остававшиеся элементы в сумме приходится около 1,2%.

Наша планета – голубая путешественница в космосе

Нахождение Земли недалеко от Солнца влияет на наличие тех или других химических веществ как в жидком, так и газообразном состоянии. Благодаря этому состав Земли разнообразен, образовалась атмосфера, гидросфера и литосфера. Атмосфера в основном состоит из смеси газов: азота и кислорода 78% и 21% соответственно. А также углекислого газа - 1,6% и ничтожного количества инертных газов, таких как гелий, неон, ксенон и других.

Гидросфера нашей планеты состоит из воды и занимает 3/4 её поверхности. Земля — единственная известная на сегодня планета Солнечной системы, которая обладает гидросферой. Вода сыграла решающую роль в процессе возникновения жизни на Земле. Благодаря ее циркуляции и высокой теплоёмкости гидросфера уравновешивает климатические условия на разных широтах и формирует климат на планете. Её представляют океаны, реки и подземные воды. Твёрдая часть нашей планеты состоит из осадочных образований, гранитного и базальтового слоя.

Строение Земли и её структура

Земля, как и остальные планеты земной группы, обладает слоистым внутренним строением. В её центре находится ядро.

Далее следует мантия, которая занимает значительную часть объёма планеты, а затем земная кора. Между собой образовавшиеся слои сильно отличаются по своему составу. За срок существования нашей планеты, свыше 4,5 миллиардов лет, более тяжёлые породы и элементы под воздействием силы тяжести проникали все дальше и дальше в центр Земли. Другие элементы, более лёгкие, оставались ближе к её поверхности.

Сложность и недосягаемость изучения недр

Человеку очень сложно проникнуть вглубь Земли. Одна из самых глубоких скважин пробурена на Кольском полуострове. Её глубина достигает 12 километров.

При этом расстояние от поверхности до центра планеты составляет более 6300 километров.

Используем косвенные инструменты исследования

Из-за этого недра нашей планеты, размещённые на значительной глубине, анализируют по результатам сейсмической разведки. Каждый час в разных точках Земли отмечается примерно десять колебаний ее поверхности. На основании полученных данных тысячи сейсмических станций проводят исследование распространения волн при землетрясении. Эти колебания распространяются точно так же, как круги на воде от брошенного объекта. Когда волна проникает в более уплотнённый слой, её скорость резко изменяется. Используя полученные данные, учёные смогли определить границы внутренних оболочек нашей планеты. В строении Земли различают три основных слоя.

Земная кора и её свойства

Верхняя оболочка Земли - это земная кора. Её толщина может варьироваться от 5 километров в океанических областях до 70 километров в горных районах материковой части. По отношению ко всей планете эта оболочка не толще яичной скорлупы, а под ней бушует подземный огонь. Отголоски глубинных процессов, происходящих в недрах Земли, которые мы наблюдаем в виде извержений вулканов и землетрясений, вызывают большие разрушения.

Земная кора - это единственный слой, который доступен людям для жизни и полноценных исследований. Структура земной коры под континентами и океанами различна.

Континентальная земная кора занимает гораздо меньшую площадь поверхности земли, но имеет более сложное строение. Она содержит под осадочным слоем внешний гранитный и нижний базальтовый слои. В континентальной коре встречаются более давние породы, возраст которых почти два миллиарда лет.

Океаническая кора более тонкая, всего около пяти километров, и содержит два слоя: нижний базальтовый и верхний осадочный. Возраст океанических пород не превышает 150 миллионов лет. В этом слое может существовать жизнь.

Мантия и что мы о ней знаем

Под корой залегает слой, именуемый мантией. Граница между ею и корой довольно резко обозначена. Она названа слоем Мохоровича, и её можно обнаружить на глубине около сорока километров. Граница Мохоровича состоит в основном из базальтов и силикатов, находящихся в твёрдом состоянии. Исключение составляют некие «лавовые карманы», которые находятся в жидком виде.

Толщина мантии - почти три тысячи километров. Такие же слои обнаружены и на других планетах. На этой границе происходит чёткое возрастание сейсмических скоростей от 7,81 до 8,22 км/с. Мантию Земли подразделяют на верхнюю и нижнюю составляющие. Границей между данными геосферами служит слой Галицина, который находится на глубине около 670 км.

Как формировалось знание о мантии?

В начале 20-го века интенсивно обсуждалась граница Мохоровича. Некоторые исследователи считали, что именно там происходит метаморфический процесс, при котором формируются породы с высокой плотностью. Другие ученые объясняли резкое увеличение скорости движения сейсмических волн сменой содержания состава пород от относительно лёгких к более тяжёлым типам.

Сейчас эта точка зрения считается основной в понимании и методах исследования процессов, происходящих внутри планеты. Сама мантия Земли непосредственно недоступна для прямых исследований по причине глубокого залегания, и она не выходит на поверхность.

Поэтому основная информация получена геохимическими и геофизическими способами. В целом реконструкция через имеющиеся источники - весьма сложная задача.
Мантия, принимающая излучение из центра, разогрета от 800 градусов наверху до 2000 градусов около ядра. Предполагается, собственно, что вещество мантии пребывает в беспрерывном движении.

Чему равна плотность Земли в области мантии?

Плотность Земли в пределах мантии достигает порядка 5,9 г/см³. Давление растёт с увеличением глубины и может достигать 1,6 млн. атмосфер. В вопросе определения температуры в мантии мнения учёных не однозначны и достаточно противоречивы, 1500-10000 градусов Цельсия. Таковы сложившиеся мнения в учёных кругах.

Чем ближе к центру, тем горячее

В центре Земли размещено ядро. Его верхняя часть находится на глубине 2900 километров от поверхности (внешнее ядро) и составляет около 30% от общей массы планеты. Этот слой обладает свойствами тягучей жидкости и электропроводностью. Содержит в себе около 12% серы и 88% железа. На границе ядра и мантии резко возрастает плотность Земли и достигает порядка 9,5 г/см³. На глубине приблизительно 5100 км распознают его внутреннюю часть, радиус которой составляет около 1260 километров, а масса - 1,7% от общей массы планеты.

Давление в центре столь огромно, что железо и никель, которые должны быть жидкими, пребывают в твёрдом состоянии. По мнению научных исследований, центр Земли является местом со сверхэкстремальными условиями с давлением в 3,5 миллиона атмосфер и температурой выше 6000 градусов.

В связи с этим железоникелевый сплав не переходит в жидкое состояние, несмотря на то что температура плавления подобных металлов равна 1450-1500 градусов Цельсия. Из-за гигантского давления в центре масса и плотность Земли достаточно огромны. Один кубический дециметр вещества весит примерно двенадцать с половиной килограмм. Это уникальное и единственное место, где плотность планеты значительно выше, чем в любом другом её слое.

Раскрыть все механизмы взаимодействия внутри Земли было бы не только интересно, но и полезно. Нам бы стало понятно образование различных полезных ископаемых и их местонахождение. Возможно, полноценно стал бы понятен механизм возникновения землетрясений, что дало бы возможность точно их предупреждать. На сегодня они непредсказуемы и приносят много жертв и разрушений. Точные знания о конвекции потоков и их взаимодействии с литосферой, возможно, прольют свет на эту проблему. Поэтому будущим учёным предстоит долгая, интересная и полезная работа для всего человечества.