Происхождение Земли

Английский  астроном Дж. Джинс поддержал новую гипотезу, подкрепив строгими математическими расчетами. Он сделал ее такой убедительной, что в короткое время она завоевала умы и сердца, вытеснив другие мнения даже со страниц учебников. Некоторые несоответствия, которые время от времени в ней открывались, тут же исправлялись с помощью уточнений подробностей и новыми допущениями.

Но вот  в 1931 году в Америке выходит небольшая  книжка Гарри Рессела «Солнечная система и ее происхождение», в которой автор, по его же словам, «хотел только изложить современное состояние наших знаний о Солнечной системе». И вот он принимается за рассуждения: что произойдет, если при встрече двух звезд между ними протянется длинная лента вещества? Наполовину она должна состоять из солнечного вещества, наполовину из звездного. При этом «середина ленты оставалась бы в этой точке без движения, одинаково притягиваемая Солнцем и звездою». Вот так-так... Значит, никаких планет, находящихся в вечном круговороте вокруг своего светила, образоваться и не могло?

Снова астрономы  оказались без руководящей идеи. Сам Рессел и другие специалисты очень хотели «спасти» гипотезу Джинса. Но из этого ничего не получалось.

В 1944 году в «Докладах Академии наук СССР»  были опубликованы первые статьи советского ученого академика Отто Юльевича Шмидта. По его мнению, Солнце когда-то встретило на своем пути огромную холодную газопылевую туманность. Таких туманностей в космосе много. И встреча с ними для звезды не такое уникальное явление, как встреча с другой звездой. Часть туманности последовала за светилом, стала как бы его спутником. По существующим законам природы она стала вращаться, сплющилась. Отдельные частицы сливались друг с другом, стали образовываться в окрестностях Солнца комки будущих планет.

Шмидт не был профессиональным астрономом. В  течение жизни он занимался многими  разделами науки: математикой и  геофизикой, исследованиями Арктики  и астрономией. В Геофизическом  институте он организовал группу из молодых сотрудников, которые  с энтузиазмом принялись за разработку его идей.

На первый взгляд, в новой гипотезе было не много нового. Шмидт внимательно  изучил представления своих предшественников и у каждого взял наиболее разумную и обоснованную часть. Это обстоятельство явилось одной из очень сильных  сторон его гипотезы.

Сегодня у ученых нет единого взгляда  по этому вопросу. Все или почти  все соглашаются с тем, что  формироваться планеты стали  из холодного облака и лишь потом  разогрелись. В остальном же имеется  множество разногласий. И, несмотря на гигантский скачок в астрономии за последние годы, спорам по поводу происхождения планетной системы  конца пока не видно.

1. Строение Земли

Все земные оболочки взаимосвязаны и проникают  друг в друга. Гидросфера всегда присутствует в литосфере и атмосфере, атмосфера  — в литосфере и гидросфере и т.д. С атмосферой, гидросферой  и литосферой тесно связаны внутренние оболочки Земли. Кроме того, во всех оболочках, кроме мантии и ядра, присутствует биосфера.

Ядро  Земли. Ядро занимает центральную область нашей планеты. Это самая глубокая геосфера. Средний радиус ядра составляет около 3500 км, располагается оно глубже 2900 км. Ядро состоит из двух частей — большого внешнего и малого внутреннего ядер.

Внутреннее  ядро. Природа внутреннего ядра Земли начиная с глубины 5000 км остается загадкой. Это шар диаметром 2200 км, который, как полагают ученые, состоит из железа (80%) и никеля (20%). Соответствующий сплав при существующем давлении внутри земных недр имеет температуру плавления порядка 4500° С.

Внешнее ядро. Судя по геофизическим данным, внешнее ядро представляет собой  жидкость — расплавленное железо с примесью никеля и серы. Это  связано с тем, что давление в  этом слое меньше. Внешнее ядро представляет собой шаровой слой толщиной 2900—5000 км. Чтобы внутреннее ядро оставалось твердым, а внешнее — жидким, температура  в центре Земли не должна превышать 4500° С, но и не быть ниже 3200° С.

С жидким состоянием внешнего ядра связывают  представления о природе земного  магнетизма. Магнитное поле Земли  изменчиво, из года в год меняется положение магнитных полюсов. Палеомагнитные исследования показали, что, например, на протяжении последних 80 млн. лет имело место не только изменение напряженности поля, но и многократное систематические перемагничивание, в результате которого Северный и Южный магнитные полюса Земли менялись местами. В периоды смены полярности наступали моменты полного исчезновения магнитного поля. Следовательно, земной магнетизм не может создаваться постоянным магнитом за счет стационарной намагниченности ядра или какой-либо его части. Предполагается, что магнитное поле создается процессом, названным эффектом динамо-машины с самовозбуждением. Роль ротора (подвижного элемента), или динамо, может играть масса жидкого ядра, перемещающаяся при вращении Земли вокруг своей оси, а система возбуждения образуется токами, создающими замкнутые петли внутри сферы ядра.

Мантия. Мантия Земли, расположенная от подошвы земной коры вплоть до поверхности ядра, находящегося на глубине 2900 км, главным образом состоит из окислов кремния, магния и железа. Вещество мантии находится в жидком состоянии, но вязкость его очень высока. Для всей мантии характерны интенсивные конвективные движения, обуславливающие смещения литосферных плит и приводящие к извержению на поверхность Земли высокотемпературных (ок. 1300 С) лав — мантийного вещества.

Литосфера и астеносфера. Ближайшие к поверхности Земли слои мантии — это лито - и астеносфера. Литосфера состоит из плит, которые при отсутствии внешних воздействий длительное время сохраняют свою форму. Как правило, располагающееся под литосферными плитами вещество астеносферы частично размягчено и под давлением деформируется, течет.

Деформируемость астеносферы допускает скольжение по ней литосферных плит. Перемещения литосферных плит, крупнейшие из которых Тихоокеанская, Северо-Американская, Южно-Американская, Африканская, Евразиатская, Индо-Австралийская и Антарктическая, составляют единицы сантиметров (ок. 3 см) в год, однако за миллионы лет им удавалось преодолевать пути в тысячи километров. Соприкасаясь, литосферные плиты взаимодействуют друг с другом и приходят во вращение. Существуют весьма тщательно разработанные глобальные кинематические модели современного относительного движения литосферных плит. Мощность (толщина) литосферных плит составляет от 2 до 100 км.

Гидросфера. Гидросфера состоит из вод океанов, морей, озер, рек, подземных источников и материковых льдов, а также воды, содержащейся в связанном состоянии в гидросиликатах. Большая часть гидросферы (ок. 63%) сосредоточена в Мировом океане. На пресные воды суши приходится не более 0,05% всех вод, сосредоточенных в верхних геосферах Земли (21,73 • 1020 кг). Средняя глубина океанов 3711 м, а наибольшая 11022 м (Марианский желоб в Тихом океане). Средняя годовая температура поверхности вод океанов 17,5 °С. Мировой океан занимает 70,8% земной поверхности. В океанической воде растворены едва ли не все элементы таблицы Менделеева, преобладают хлор (19,35%) и натрий (10,76%).

Земная  кора. Внешняя оболочка Земли, толщиной менее 10 км под океанами, но более 25 км под материками. Образуется за счет движения литосферных плит, разрушения и выветривания горных пород и осадконакоплений. Океаническая кора состоит в основном из базальтов — пород вулканического происхождения, в которых преобладают полевой шпат и пироксен. Континентальная кора сложена главным образом из гранитов и магматических пород, содержащих преимущественно кварц, кальциевый полевой шпат, кислый плагиоклаз и слюду. Плотность океанической коры больше, чем плотность континентальной коры. Максимальная контрастность рельефа определяется тектонической активностью Земли и достигает 16—17 км. Со временем неровности рельефа уменьшаются, «растекаются» вследствие действия на земную кору гравитационных сил. По этой причине перепады высот в таких древних горных поясах, как, например, Уральские горы, не превышают 2 км.

Атмосфера. Газовая (воздушная) оболочка Земли, распространяющаяся до высот более 100 км. Атмосфера вращается вместе с Землёй. У поверхности Земли современная атмосфера состоит в основном из азота (78,1%) и кислорода (21%). Давление и плотность воздуха с высотой убывают. В высоте 20-25 км находится слой озона, предохраняющий живые организмы на Земле от вредного для них коротковолнового излучения.

В атмосфере  часто выделяют пять слоев: тропосфера (достигает на экваторе толщины 16—18 км), стратосфера (доходит до 55 км), мезосфера (достигает высоты 80 км, у верхней  границы температура 80-90 С), ионосфера (расположена до высоты 800 км оказывает  значительное влияние на распространение  радиоволн), экзосфера (простирается от ионосферы до 2000—3000 км, эффективная  температура порядка 2000 °С).

Магнитосфера. Магнитосфера Земли простирается на десятки и даже сотни тысяч километров. Состояние магнитосферы определяется взаимодействием магнитного поля Земли с потоками космических, особенно высокоэнергетических, частиц. Конфигурация силовых линий магнитного поля Земли такова, что движущиеся по ним частицы попадают в так называемые ловушки, курсируя от Северного полушария в Южное и обратно. Магнитные ловушки подобно озоновому слою защищают живые организмы Земли от вредных для них излучений. К сожалению, техническая деятельность человечества разрушает не только озоновый слой, но и магнитные ловушки. Проблемы с озоновым слоем стали предельно актуальными уже в наши дни. Проблемы с магнитными ловушками ожидают человечество в будущем, возможно весьма недалеком.