Жер туралы ғылымның негіздері

Жердің Күн  жүйесіндегі орны

•   Күннен қашықтығы — 150 млн км.
• Орбитадағы айналу жылдамдығы — 29,8 км/с.
• Орташа тығыздығы — 5,5 • 103 кг/м³.
• Күнді айналу ұзақтығы — 365 тәул. 6 caғ.
• Табиғи серігі — Ай.
• Массасы — 6 • 10²⁴ т.
• Радиусының орташа ұзындығы — 6371 км.
• Экваторының ұзындығы — 40075,7 км.
• Меридианының ұзындығы — 40008,5 км.
• Жер бетінің жалпы ауданы — 510 млн км².

Жер мен Күн  арасындағы орташа қашықтық — 149,58×10⁶ км. Бұл қашықтық қалыпты «астрономиялық бірлік» боп табылады.

Жер Күн жүйесінің басқа планеталары сияқты әр түрлі жұлдыздардың шаңы мен газдарынан құрылған. Жердің геологиялық жасы 4,5-5 млрд жыл деп есептеледі . Алғашқы геологиялық сатыдан бастап жер беті материктік көтерулер мен мұхиттық ойпандарға бөлінген.

Жер қыртысыныңда ерекше граниттік-метаморфты қабат қалыптасқан. Мантиядан бөлінген газдар арқылы алғашқы атмосфера мен гидросфера пайда болған. Жер бетінде табиғи алғашқы жағдайлардың қолайлы болғаны сонша, планеталар қалыптасқан соң миллиардтаған жылдардан кейін өмір, тіршілік пайда болды. Жер бетінде өмірдің пайда болуы тек қана жер планетасының болу ерекшелігімен ғана емес, сонымен бірге Күн көзінен қолайлы арақашықтықтың дамаңызы бар. Себебі Күн көзіне планеталар жақын орналасса, онда жылу мен жарық мөлшері көп болады да, кез келген жамылғы (жер беті) судың қайнау температураснан жоғары болады. Ал жылуды аз қабылдайды да, өте қатты суынып кетеді.

Көптеген планеталар массаларының Жерге қарағанда азырақ болуына байланысты, тартылыс күші де кем болады да, тығыз даәлді атмосфера қабатын ұстап тұруды қамтамассыз ете алмайды. Планета өмір сүру уақытында оның табиғаты бірнеше рет өзгеріске ұшыраған. Әр кезеңдерде тектоникалық іс-әрекет белсенді көріністер берген: құрлықтар мен мұхиттардың көлемі мен келбеті өзгерген, Жер планетасына космостық денелер құлаған, бірнеше рет мұз жамылғылары пайда болып, жоғалып кетіп отырған. Бұл өзгерістер органикалық дүниенің дамуына түпкілікті әсер ете қоймаған.

Географиялық  қабықтың құрамына: литосфера, гидросфера, атмосфера және биосфера кіреді. Бақылауға мүмкін, космостық кеңістікте Жерге ұқсайтын басқа аспан денелерідәл қазірге дейін байқалмайды.

Жер эллипстік (дөңгелекке жуық) орбита бойымен 29,765 км/с жылдамдықпен 149,6 млн. км орташа қашықтықта 365,24 орташа күн тәулігі ішінде Күнді бір рет айналып шығады. Оның табиғи серігі – Ай. Ай Жерді 384000 км орташа қашықтықта айналады. Жер осінің эклиптика жазықтығына көлбеулігі 66°33´22˝, оның өз осінен айналу периоды 23 сағ 56 мин 4,1 с. Өз осінен айналуы себебінен Жерде күн мен түн ауысса, ал оның осінің орбита жазықтығына көлбеулігі мен Күнді айналуы салдарынан Жерде жыл мезгілдері өзгеріп отырады. Жер Күнді айналып жүрген 9 планетаның ішінде мөлшері мен массасы бойынша 5-орында. Жердің массасы 5,975•1021 тонна, орташа тығыздығы 5,517 г/см³, көлемі 1,083 млрд. км³, ауд. 510,2 млн. км², сыртқы пішіні үш осьті эллипсоидқа жақын.

Жердің тарихы

Осы күнгі космогониялық түсінік бойынша, Жер осыдан төрт жарым миллиард жыл бұрын Күн айналасындағы кеңістікте шашыраған газ-тозаң заттан, планеталардың тартылыс күшінің әсерінен пайда болған. Қатты материя кесектерінің соқтығысып, жабысуынан планеталар ұлғая берген. Газ-тозаң зат іріктеліп, олардың жеңіл элементтері Күн сәулесінің қысымымен онан әрірек, ал біршама ауырлары Күнге жақын орналасқан. Жер құрамына Күн жүйесінде кездесетін барлық химиялық элементтер енеді. Заттың планета центріне тартылуы және оның ось бойымен айналуы салдарынан Жер эллипсоидтық пішінге келген.

Жердің құрылысы

Жердің ішкі құрылысы

Жердің ішкі құрылысы туралы мәліметтер өлі жете зерттелмеген аса күрделі ғылыми мәселе болып табылады.

Жердің құрамы, құрылысы, қасиеттері жөніндегі мәліметтер — жер қыртысының үстіңгі қабаттарын тікелей бақылау, серпінді толқындардың таралу жылдамдығына негізделген сейсмикалық әдістер арқылы алынған жанама деректер. Осы деректерге байланысты Жер негізгі 3 геосферадан тұрады:

1. жер қыртысы,
2. мантия,
3. ядро.

Жер қыртысы

Жер бетінен  оның ядросының ортасына дейінгі орташа радиусы 6371 км. Зерттеу барысында жер қыртысының бар болғаны 15 км-ге дейінгі терендігі ғана бұрғыланып (Кола түбегіндегі ұңғыма), оны құрайтын жыныстардың нақты үлгілері алынған. Жердің бұдан тереңде жатқан бөліктері, оны құрайтын жыныстардың құрамы мен қасиеттері жайлы түсшік, негізінен, жерсілкіну кезінде пайда болатын толқындардың қозғалу жылдамдығын, арнайы геофизикалық және сейсмикалық барлау нәтижелерін саралау мен талдау негізінде қалыптасады.

Жердің ең беткі жұқа қатты қабығы — жер қыртысы. Оның орташа қалыңдығы мұхиттар астында 5 — 10 км, материктерде 35 — 40 км, ал биік таулы аудандарда 70 км-ге дейін жетеді.

Жердің мантиясы

Жердің келесі қабаты — мантия (гр. mantion—жамылғы). Ол жер қыртысынан жұқа Мохоровичич қабаты арқылы бөлініп жатыр, оны 1909 жылы югославиялық сейсмолог А. Мохоровичич анықтаған. Мантия жоғарғы (900 км-ге дейін) және төменгі (900—2900 км) мантияға бөлінеді. Мантия жер көлемінің 83%-ын, жалпы салмағының 67%-ын құрайды.

Жоғарғы мантияның 250—300 км тереңдігінде қаттылығы мен беріктігі  төмендеу,тұтқыр қабат орналасқан,оны астеносфера деп атайды. Астеносфераны құрайтын жыныстар онша тығыз емес, тұтқыр әрі майысқақ болып келеді; сол себепті жер қыртысында болатын қозғалыстарды және магматизм мен метаморфизм құбылыстарын күшейтеді. Астеносферадан жоғары орналасқан жоғарғы мантия мен жер қыртысы литосфераны құрайды. Литосфера қабығы жекелеген литосфералық тақталар жиынтығынан құралады. Олар неміс геофизигі А. Вегенердің литосфералық тақталар теориясына сәйкес, үнемі қозғалыста болады; бұл қозғалыс астеносфераның тұтқыр бетінде сырғу нәтижесінде жүзеге асады.

Бұл геосфералар сейсмикалық толқындардың жылдамдығына және олардың тереңдік бойынша өзгеруіне байланысты сегіз сейсмикалық қабатқа бөлінеді: А, В, С, D´, D˝, Е, Ғ, G. Сонымен қатар Жерде жоғары қатты қабат литосфера мен төменгі жұмсақ қабат астеносфера бөлінеді.

• А – Жер қыртысы. В, С, D´ және D˝ қабаттары – Жер мантиясы. В қабаты Мохоровичич бетінен 400 м тереңдікке дейін бойлайды.
• В қабаты мен Жер қыртысының арасында қарқынды зат алмасу жүреді. Бұл қабатта сейсмикалық толқындардың жылдамдығын төмендететін белдемдер бар. Олардың тереңдігі құрлықта 100 – 220 км, мұхиттардың астында 60 – 220 км. Бұл белдемдердегі толқындардың жылдамдығының төмендеуі жоғары температура мен оған сәйкес қысымға байланысты.
• С қабаты 400 – 900 км тереңдікті қамтиды және бұл қабат минералдық зат тығыздығы артып басқа түрлерге алмасуына байланысты толқын жылдамдығының тез өсуімен сипатталады.
• D´ (900 – 2700 км) қабатында толқындардың жылдамдығы біртекті заттардың нығыздалуына байланысты өседі. D˝ қабатында (2700 – 2885 км) заттардың құрамы әртекті және температураның жоғары болуына байланысты сейсмикалық толқындардың жылдамдығы тұрақсыз. Е, Ғ, G қабаттары Жердің ядросын (радиусы 3486 км) құрайды.
• Ол сыртқы (Е қабаты) және ішкі (G қабаты) ядроға (субядроға) бөлінеді. Бұл екеуінің арасында сыртқы ядро құрамына кіретін аралық белдем (Ғ қабаты) бар.

Жердің ядросы

Мантиядан төмендегі, 2900-ден 6371 км аралығында орналасқан Жердің ішкі өзегін ядро деп атайды. Құрылымы жағынан ядро бірін-бірі көмкере орналасқан екі бөліктен тұрады. Күшті жерсілкінулер нәтижесінде Жердің ішкі өзегі арқылы өтетін сейсмикалық толқындардың таралу сипатын зерттеген америкалық геофизиктер Р. Кохе мен Л. Штихруде ішкі ядроның біртұтас қатты темір шар екендігі туралы болжам жасады. Электрөткізгіштігі жоғары болатын темір, температураның күрт айырмашылығы әсерінен сыртқы ядроны да жылдам айналымға түсіреді. Соның нәтижесінде құйынды магнит өрісі пайда болады. Бұл магниттік өріс Жер шары шеңберінен шығып, ғарыш кеңістігіне де таралады, тіпті Күннен келетін зарядталған бөлшектерді кері тебеді.

Құрамы мен қасиеттері түрліше болатын Жер қабаттарының жіктелуі — бастапқы "салқын" заттың ұзақ геологиялық уақыт аралығында біртіндеп күшті қызуы мен балқуы нәтижесінде жүрді. Яғни, неғұрлым ауыр элементтер (темір, никель және т.б.) төмен шөгіп, ядроны құрады, ал салыстырмалы түрде жеңіл элементтер (кремний, алюминий) қалқып шығып, жер қыртысын түзді. Балқу нәтижесінде бөлініп шыққан газдар мен су булары атмосфера мен гидросфераның негізін құрады.

Тау жыныстары және минералдар

Жер қыртысын құрайтын әртүрлі агрегаттық күйдегі минералдар жиынтығының тұрақты құрамын тау жыныстары деп атайды. Табиғатта минералдардың 3000-нан астам түрі белгілі. Әсіресе кең тарағандары — силикаттар, тотықтар мен сулы тотықтар, сульфидтер, фосфаттар және карбонаттар. Шығу тегі мен қалыптасу жағдайларына байланысты магмалық, шөгінді және метаморфтық тау жыныстарына ажыратылады. Магмалық тау жыныстары магманың мантиядан жарықтар арқылы жоғары көтеріліп, қатуынан пайда болады. Оның жер қыртысының белгілі бір тереңдігінде қалып қойған бөлігі интрузивтік жыныстарды, ал лава түрінде жер бетіне шыққан, құрамындағы бу мен газдан ажыраған бөлігі эффузивті жыныстарды түзеді.

Интрузивті жыныстарға гранит, габбро жатады. Жер қыртысындағы жарықтар бойымен қатқан интрузивті жыныстар түзілу ерекшелігіне байланысты түрліше пішінге ие болады. Пішіні күмбез тәрізді болып келетін интрузивті жыныстардың ауданы 200 км²-ден асатын ірі түзінділерін батолиттер, ал неғұрлым шағындарын лакколиттер деп атайды. Беткі жыныстардың біртіндеп үгілуі мен шайылуы нәтижесінде жалаңаштанған интрузивті түзінділер таңғажайып мүсіндерге айналады. Осындай айрықша табиғат ескерткішінің бірі — Қырым түбегіндегі Аю-Даг батолиті.

Эффузивті жыныстарды кейде жанартаулық жыныстар деп те атайды. Олардың қатарына: базальт, жанартаулық туфтар мен шынылар, пемза жатады. Магмалық тау жыныстары жер қыртысының 60%-ға жуығын құрайды. Металл кен орындарының көпшілігі магмалық жыныстармен байланысты қалыптасқан. Ресей жеріндегі темірдің аса ірі кен орны — Курск Магнит Аномалиясы магмалық жолмен пайда болған. Сол сияқты, алтын мен алмас желілері де магмалық жыныстардың енуімен байланысты таралады.

Тау жыныстарының екінші бір үлкен тобын шөгінді жыныстар құрайды. Олар жер қыртысы массасының 10%-ға жуығын құрап, жер бетінің 75%-ын жауып жатыр. Қалыптасқан орнына қарай оларды: континенттік және теңіздік деп бөледі. Шөгінді жыныстар физикалық, (механикалық), химиялық және биологиялық үгілу нәтижесінде пайда болады. Шөгінді жыныстардың ең көп таралғандары — сазды (50%), құмды және карбонатты жыныстар (45%). Жер шарындағы пайдалы қазбалардың 3/4 белігінің қалыптасуы шөгінді жыныстармен байланысты. Мұнай, табиғи газ, минералды тұздардың кен орындары шөгінді жыныстар таралған аудандарға ғана тән. Сол сияқты темір, марганец, алюминий кендері, шашыранды күйіндегі алтын, платина және алмас та үгілу нәтижесінде шөгінді жыныстар арасында жинақталады.

Жоғары температуралар мен қысым әсерінен магмалық және шөгінді жыныстардың минералдық құрамы мен құрылымы елеулі езгеріске түсіп, олардан метаморфтық жыныстар қалыптасады. Метаморфизм деп аталатын бұл процесс нәтижесінде минералдардың кристалдық торы түгелдей қайта құрылады: гранит қайта кристалданып — гнейске, құмтас — кварцитке, әктас немесе доломит — мәрмәрға айналады. Сондай-ақ өздеріңе таныс таскөмір де ағаш сүрегінің метаморфтық процесс нәтижесінде өзгеруінен пайда болады. Бұл тау жыныстарының түзілуі көптеген бағалы және сирек кездесетін металл кендерінің, алтын, уран, графиттің, құрылыс материалдарының, әсіресе асыл тастардың кен орындарының пайда болуына негіз болады. Ресей жеріндегі Орал тауында метаморфтық жыныстармен байланысты түзілген минералдар кеңінен таралған.^[1]

Литосфера

Жер бетінің  басым көпшілігін (70,8%-ын) дүниежүзілік мұхит құрайды. Құрлықтар теңіз деңгейінен орта есеппен 875 м биіктікте орналасқан. Ең биік жері Гималайдағы Джомолунгма шыңы (8848 м), ең төмен жері Батыс Азияда — Өлі теңіз жағалауында орналасқан Гхор ойысы (–395 м). Жер беті 6 ірі құрлықтан (Австралия, Антарктида, Африка, Еуразия, Оңтүстік Америка және Солтүстік Америка) және көптеген аралдар тобынан тұрады. Құрлықтардың басым көпшілігі Солтүстік жарты шарда (61%) орналасқан. Жерді Батыс және Шығыс жарты шарларға бөліп қараса, онда құрлықтардың көп бөлігі Шығыс жарты шарда болады. Жер бетінің 60%-ға жуығын абсолюттік биіктігі 1000 м-ге дейінгі жазықтар мен аласа таулар құраса, 40%-дан астамын орта және биік таулар құрайды.

Жердің атмосферасы

Жердің «қатты»  қабатын (гидросфераны қоса) атмосфера қабаты қоршап жатыр. Ол Жермен бірге айналады және оның құрамы, негізінен, азот (78,08%-ы) пен оттектен (20,95%-ы) тұрады.

Атмосферадағы ауаның жалпы  массасы 5,15•1015 тонна. Жер бетінен  жоғарылаған сайын оның қысымы мен тығыздығы кемиді. Атмосфера бірнеше қабаттардан тұрады. Жер бетінен биіктеген сайын

• тропосфера,
• стратосфера,
• мезосфера,
• ионосфера,
• термосфера,
• экзосфера деп ажыратылады.

Олар бір-бірінен  температуралық, физикалық және химиялық қасиеттерімен ерекшеленеді. Атмосфера  қабаты Жер бетіне келіп түсетін Күн сәулесінің радиациясын ұстап қалады. Көмір қышқыл газ және су буының әсерінен Жерден жылу шығару мөлшері төмен болады.

Биосфера

Тіршілік  Жерде бұдан 3 – 3,5 млрд жыл бұрын материяның күрделі эволюциялық өзгеруі нәтижесінде пайда болған. Оған Жер бетіндегі физикалық және химиялық жағдайлардың қолайлылығы септігін тигізді. Жердің тірі организмдер мекендейтін қабатын биосфера деп атайды. Биосферада Жердегі биологиялық зат айналымы үздіксіз жүріп тұрады. Жерде екі миллионға жуық өсімдіктер мен жануарлар түрі бар. Түр жағынан жануарлар басым болса, биомассасының көлемі бойынша өсімдіктер басым. Жануарлар мен өсімдіктердің ең көп тараған аймағы – жылы әрі ылғалды тропиктік ормандар, ең сирек жері – құрғақ және ыстық тропиктік шөлдер, Арктиканың және Антарктиданың мұз қапсырып жатқан өңірлері. Құрлықтағы биомасса (6,5•10¹² тонна) мұхит биомассасынан жүздеген есе көп деп саналады.

Географиялық белдеулер

Жер бетінде  өтетін процестердің негізгі энергия  көзі – Күннің электрмагниттік радиациясы. Жер бетіне секундына 1,7•1017 Дж Күн сәулесінің энергиясы түседі. Осы энергияның, шамамен 50%-ы мұхит пен теңіздің беткі қабатына, топырақ пен өсімдікке, ішінара атмосфераға сіңіп, бірқатар өзгерістерден кейін атмосфераның инфрақызыл сәулесіне айналып кеңістікке тарайды. Қалған бөлігі атмосферадан, бұлттан, Жер бетінен шағылып кейін қайтады.