Земля і місяць

Земля і Місяць

Земля - планета. Земля  (мал. 13.1) бере участь у двох рухах у просторі; обертається навколо осі та рухається навколо Сонця з середньою швидкістю 30 км/с на середній віддалі 149,6 млн. км.

Завдяки рухові Землі по орбіті з періодом 365 діб 5 год 48 хв. 46 с Сонце, відображаючи цей рух, переміщується небом серед зір з тим же періодом у напрямку, протилежному добовому обертанню неба, із заходу на схід.

У першому наближенні Землю  можна вважати кулею. Але через обертання, яке спричиняє появу відцентрової сили, вона дещо сплюснута біля полюсів і опукла біля екватора. Тому ближчим до справжньої форми Землі буде еліпсоїд обертання, одержаний обертанням еліпса навколо малої осі. При цьому велику піввісь еліпсоїда приймають рівною а = 6 378 160 м, а малу b = 6 376 778 м.

Земля обертається навколо  осі, причому швидкість руху точок  земної поверхні різна у різних широтах: максимальна на екваторі - 465 м/с - і нульова на полюсах. Відповідно і прискорення сили земного тяжіння в різних широтах різне: мінімальне на екваторі - 9,78 м/с², максимальне на полюсах - 9,83 м/с².

Вивчаючи нашу планету, вчені вже давно виділили ряд  притаманних їй оболонок. Найвіддаленішою і найпротяжнішою оболонкою Землі є магнітосфера - ділянка навколоземного простору, фізичні властивості якої визначаються магнітним полем Землі та його взаємодією з потоками заряджених частинок. Магнітне поле Землі близьке до поля магнітного диполя, і його напруженість становить біля 40 А/м.

Через дію потоку частинок з боку Сонця (сонячного вітру) на денному боці магнітні силові лінії  дещо притиснуті до Землі. З протилежного, нічного боку вони відхиляються сонячним

вітром, утворюючи «шлейф»  протяжністю до 5 млн км. В області замкнутих ліній геомагнітного поля існує пастка для заряджених частинок. Геомагнітне поле захоплює і утримує всередині магнітосфери величезну кількість протонів і електронів, які утворюють радіаційніпояси (мал. 13.2). Виділяють внутрішній і зовнішній радіаційні пояси на середній відстані від поверхні Землі відповідно 1 000-1 100 км і 35 000-50 000 км.

Земля оточена повітряною оболонкою - атмосферою (мал. 13.3) яка не має чітких меж і за своїми фізичними властивостями на різних висотах поділяється на тропосферу (висота 9-17 км від полюса до екватора, температура зменшується з висотою до-55°), стратосферу (до 55 км, температура зростає до 0°), мезосферу (до 85 км, температура зменшується до -85 ) і термосферу (від 90 км і вище, температура знову зростає). З урахуванням електричних властивостей атмосфери на висоті 70-400 км виділяють іоносферу, де повітря сильно іонізоване.

Головні складові (за масою) повітря: азот - 78 %, кисень - 21 %, аргон - 0,93 %, вуглекислий газ - 0,03 %, озон і водяна пара. Інші гази наявні в кількості, меншій 0,01 % .

Під атмосферою лежать гідросфера і літосфера - оболонки, на яких існує практично все живе на Землі.

Під гідросферою розуміють сукупність усієї води на Землі в твердому, рідкому і газоподібному стані. Найбільше води у рідкому стані. Вона утворює Світовий океан, що вміщує 97 % усієї поверхневої води і покриває 71 % земної поверхні. 2,5 % води припадає на лід, а на озера, річки і атмосферну вологу - лише 0,5 % .

Літосфера - це верхня тверда оболонка Землі. Вона повністю покриває надра планети. Проте за допомогою сейсмічних хвиль, що поширюються в тілі планети під час землетрусів, було з’ясовано внутрішню будову Землі (мал. 13.4). Виходячи зі швидкості поширення сейсмічних хвиль, земні надра поділяють на такі шари: кора (зона А) товщиною від 5 км під океанами до 70-80 км під найвищими горами; мантії верхня і нижня (зони С і D) загальною товщиною до 2 900 км; зовнішнє ядро (зона

Е) до 2 100 км завтовшки; внутрішнє ядро (зона F) радіусом до 1 300 км.

Є думка, що на відміну  від кори і мантії, які загалом  перебуваютьу твердому стані, зовнішнє ядро рідке. З ним пов’язують наявність геомагнітного поля. Вважається, що у рідкому зовнішньому ядрі Землі можуть відбуватися досить складні інтенсивні рухи речовини, яка має високу електропровідність. При цьому виникають сильні електричні струми, які і генерують магнітне поле нашої планети.

Тверде внутрішнє ядро за температури до 7 000 К і тиску до 3,5 млн атмосфер перебуває у незвичайному стані. За таких фізичних умов електронні оболонки атомів руйнуються і утворюється щільна плазма, насичена вільними електронами. При цьому речовина, як і метал, починає добре проводити струм, отже, за аналогією, такий її стан називається металічною фазою.

Земля має багатий хімічний склад. 90 % її маси припадає на залізо, кисень, магній і кремній. Земна кора майже наполовину складається з кисню,~ що входить до складу різних окислів, і на чверть - з кремнію. Значний відсоток припадає також на алюміній. Кисень, кремній і алюміній утворюють найпоширеніші у природі сполуки - кремнезем (Si0₂) та глинозем (А1₂0₃).

Найпоширенішим компонентом  мантії є кремнезем у складі силікатів. Щодо ядра, то воно, імовірно, складається із заліза з домішками нікелю і сірки чи нікелю і кремнію.

1. Всі оболонки Землі — і зовнішні, і внутрішні - постійно рухаються і змінюються. Магнітосфера Землі залежно від активності Сонця змінює форму, змінюється кількість частинок у радіаційних поясах і їхня висота над Землею.

Магнітне поле планети  змінює свою напрямленість і напруженість, а магнітні полюси «сповзають» зі своїх місць. З’ясовано, що в давнину напрямленість геомагнітного поля була іншою, ніж тепер, що магнітні полюси дрейфують по поверхні, і північний магнітний полюс колись знаходився поблизу екватора. А час від часу взагалі відбувається переорієнтація (інверсія) геомагнітного поля: північний магнітний полюс стає південним і навпаки. Атмосфера Землі постійнорозсіюється у космічному просторі, але вона поповнюється за рахунок вулканічної діяльності та випаровування води з поверхні морів і океанів. Час від часу змінюється співвідношення кількості газів в атмосфері (передусім водяної пари, озону 0₃ та двоокису вуглецю С0₂).

Істотно змінює свій вигляд і тверда поверхня Землі через  дію Сонця, вітру та води на гірські  породи, а також через тектонічні процеси, що відбуваються в надрах.

Та зміни, пов’язані  з планетою Земля, відбуваються не тільки в її оболонках. Змінюються в астрономічних  масштабах геометричні зв’язки між Землею і Сонцем. Через вплив притягання з боку планет, Місяця та Сонця відбувається збурення поступального руху Землі навколо Сонця та обертального руху наколо осі.

З періодом у 100 тис. років, пересуваючись уздовж екліптики, але  в тому ж напрямку, що і Земля  по орбіті, повертається до попереднього положення серед зір точка перигелію земної орбіти. З періодом у 90-100 тис. років у межах 0,0163-0,066 змінюється ексцентриситет земної орбіти. З періодом у 41 тис. років у межах 22'-24,5⁼ змінюється кут нахилу площини екватора до площини екліптики.

Вплив рухів і змін в  оболонка v л >ї клімат. Відомо,

що впродовж геологічної  історії Землі її клімат неодноразово змінювався (хоча в цілому ці зміни  не виходили за межі умов, при яких можливе  існування життя). Геологічні дані вказують на чергування холодних періодів, коли великі ділянки суші вкривалися льодовиками, а рівень Світового океану знижувався, з періодами значного потепління, коли за північним полярним колом буяла рослинність. Такі зміни пов’язують з певними змінами та рухами в земних оболонках, а також з астрономічними факторами, які визначають кількість сонячної енергії, що надходить на Землю.

Зараз достовірно встановлено, що різкі зміни орієнтації геомагнітного поля пов’язані з різкими коливаннями клімату - появою великих льодових масивів (заледенінь) і їхнього наступного танення, тапохолоданнями і потепліннями, які охоплювали Землю в цілому. Проте механізм цього взаємозв’язку поки що не розкрито.

Активне горотворення і  переміщення земної кори внаслідок  глобальних тектонічних процесів, які відбувалися впродовж геологічної історії Землі, впливають на перерозподіл морських течій та на загальну атмосферну циркуляцію, що, у свою чергу, також призводить до кліматичних змін на планеті.

Великий вплив на клімат має стан атмосфери, зокрема кількість  водяної пари та вуглекислого газу, які в ній містяться. Значне підвищення вмісту водяної пари викликає збільшення хмарності, а отже зменшення кількості сонячного тепла, що надходить на поверхню. А зміна вмісту вуглекислого газу С0₂ спричиняє послаблення чи посилення парникового ефекту, при якому вуглекислий газ частково поглинає тепло, випромінюване Землею в космос, затримує його в атмосфері й підвищує тим самим температуру поверхні та нижніх шарів атмосфери. Відомо, що явище парникового ефекту відіграє вирішальну роль у пом’якшенні клімату Землі. За його відсутності середня температура планети була б на 30-40' нижчою, ніж є насправді, і становила б не +15°С, а -15°С, а то і -25^сС. За таких середніх значень температури океани дуже швидко вкрилися б льодом, перетворившись у величезні морозильники, і життя на планеті стало б неможливим. Отже, зменшення у повітрі вмісту С0₂ послаблює парниковий ефект і сприяє похолоданню. Впливають на кількість вуглекислого газу багато причин, серед них найголовнішими є вулканічна діяльність і життєдіяльність земних організмів.

Та найбільший вплив  на стан атмосфери, а отже і на клімат Землі у всепланетному масштабі, мають зовнішні, астрономічні фактори, такі як зміна потоків сонячної радіації внаслідок непостійності сонячної діяльності та зміни параметрів земної орбіти. Астрономічну теорію коливань клімату було створено ще у 20-ті роки XX ст. В цій теорії показано, що зміна ексцентриситету орбіти Землі від можливого мінімального 0,0163 до можливого максимального 0,066 може призвести до різниці кількості сонячної енергії, що падає на поверхню Землі в афелії і перигелії, на 25% за рік. Залежно від того, влітку чи взимку (для північної півкулі) Земля проходить свій перигелій, така величина зміни потоку сонячної радіації може призвести до загального похолодання чи потепління на планеті.

Теорія дала змогу обчислити  час льодовикових періодів у минулому. З точністю до похибок визначення геологічних дат, вік десятка попередніх заледенінь збігся з передбаченнями теорії. Вона ж дозволяє відповісти на питання, коли повинне настати наступне найближче заледеніння: сьогодні ми живемо у міжльодовикову епоху, і в найближчі 5 000-10 000 років воно нам не загрожує.

4. Супутник Землі - Місяць. Місяць - найближче до Землі небесне тіло (мал. 13.6), яке знаходиться від неї на середній віддалі 384 400 км і має радіус 1 738 км. Маса Місяця значно поступається масі

 Землі, а сила  тяжіння на його поверхні приблизно  у 6 разів менша, ніж на Землі.

Відношення маси Місяця до маси Землі у порівнянні з подібною величиною для супутників інших планет дуже велике і становить 1:81. Друге місце (якщо не враховувати систему Плутон-Харон, 7:1) посідає супутник Нептуна Тритон, але його маса вже у 700 разів менша за масу планети. Тому є всі підстави вважати систему Зем- ля-Місяць подвійною планетою.

Період обертання Місяця навколо осі дорівнює періоду  його обертання навколо Землі. І  через це Місяць завжди повернутий до Землі одним боком. Обертання  такого типу називається синхронним. Однак, хоча в кожний даний момент спостерігач на Землі бачить рівно половину поверхні Місяця, через особливості його руху по орбіті насправді можна бачити не 50 %, а 60 % поверхні.