Гидросфера и атмосфера

Помимо твёрдой литосферы Земля имеет ещё две оболочки – жидкую гидросферу и газообразную атмосферу . Гидросфера делится на Мировой океан, занимающий 70,8 % площади нашей планеты, воды суши и водяной пар в атмосфере. Более 96 % воды на Земле находится в Мировом океане, около 2 % – в подземных водах, столько же – в составе ледников и вечных снегов, и только около 0,02 % общей воды составляют поверхностные водоёмы суши. Мировой океан – это совокупность пяти океанов (Тихого, Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого и Южного) и морей, имеющих сообщение с этими океанами. Средняя глубина Мирового океана составляет 3800 м, самое глубокое место (около 11 км) – Марианская впадина Тихого океана. Некоторые моря не отделены от океана участками суши. Таково, например, Саргассово море, расположенное возле Центральной Америки. Его границы определяются не сушей, а морскими течениями.

Атмосфера – это газовая оболочка Земли. Её толщина, т. е. расстояние от поверхности планеты, на котором ещё можно обнаружить атмосферные газы, доходит до 2–3 тыс. км, однако для жизнедеятельности человека и других организмов наибольшее значение имеет её самый нижний слой – тропосфера, толщина которой составляет от км вблизи полюсов до 18 км в тропических районах. Воздух тропосферы на 78 % состоит из азота, на 21 % из кислорода и на 0,04 % из углекислого газа, остальная часть приходится на инертные газы. Над тропосферой на высоте до 50 км находится стратосфера, а над ней ионосфера, которая хотя и содержит атмосферные газы, строго говоря, уже не является атмосферой Земли, а представляет собой ближайшую к ней часть космического пространства. На высоте 20–40 км под действием ультрафиолетового излучения Солнца кислород ионизируется, приобретая третий атом, и превращается в озон (О3). Образовавшийся озоновый слой поглощает опасные для живых организмов ультрафиолетовые лучи. Если бы этого слоя или, как говорят, озонового экрана не существовало, жизнь на Земле могла бы существовать только под водой.

Для нормальной жизни человека необходимо, чтобы в окружающем его воздухе находилось достаточное количество кислорода. Вместе с тем при удалении от поверхности Земли атмосферное давление падает, и воздух становится всё более разреженным. Уже на высоте 5 км над уровнем моря у нетренированного человека проявляется кислородное голодание, сопровождающееся снижением работоспособности. На высоте 15 км кислорода в атмосфере настолько мало, что дыхание человека становится невозможным.

Проверьте свои знания

1. Каковы средний диаметр и масса Земли?

2. Из каких внутренних слоёв состоит Земля? Частью какого из них является земная кора?

3. Как называется магма, которая выходит на поверхность Земли? В каких местах она извергается?

4. Что такое эпицентр землетрясения?

5. Что такое тропосфера? Какие газы и в каком относительном количестве входят в её состав?

Солнечная система

Уже с десяток миллиардов лет

природою решается проблема:

какой должна быть звёздная система,

чтоб разум появился в ней на свет?

Не прост вопрос. И трудно дать ответ:

как хочешь зажимай винты и клеммы,

бездушной может стать любая схема

полёта и вращения планет.

Ведь если миллион созвездий мрачных

в пространства колбу бросить всё и сразу,

то пустота их может растворить.

Уныл расчёт попыток неудачных…

Мне кажется, чтоб солнечным был разум,

должна система Солнечною быть.

А. Спейсер

Основой Солнечной системы является Солнце – звезда, относящаяся к категории жёлтых карликов. По сравнению с большинством звёзд Вселенной Солнце действительно имеет небольшие размеры. А то, что Солнце жёлтое, означает, что оно имеет среднюю температуру – не горячее (в таком случае оно было бы голубым) и не слишком холодное (иначе оно было бы красным). Масса Солнца в 333 тыс. раз больше, чем масса Земли. Энергия Солнца образуется в результате проходящего в нём термоядерного синтеза, «топливом» для которого служит водород. При объединении ядер водорода образуются ядра гелия, что сопровождается освобождением очень большого количества энергии. Расчёты показывают, что Солнце в настоящее время находится в середине своей эволюции и запасов водорода должно хватить ещё на несколько миллиардов лет.

Солнце испускает свет, а также поток заряженных частиц, распространяющийся со скоростью около 1,5 млн км в час и называемый солнечным ветром. Солнечный ветер способен срывать атмосферу планеты. Именно так происходит на Венере и Марсе. Атмосфера же Земли защищена от этого разрушительного действия магнитным полем. В результате действия магнитного поля Земли частицы солнечного ветра уносятся в верхние слои атмосферы, где и могут иногда наблюдаться в виде полярных сияний.

Большая часть объектов сосредоточена у восьми планет Солнечной системы, которые движутся вокруг Солнца в плоскости эклиптики по эллиптическим, хотя и довольно близким к круговым, орбитам (рис. 173). Ближайшей к Солнцу планетой является Меркурий. Он находится на расстоянии 0,4 астрономической единицы от Солнца и является самой маленькой планетой Солнечной системы, его масса почти в двадцать раз меньше массы Земли. Меркурий не имеет спутников и окружён крайне разреженной атмосферой. Существует гипотеза, что когда-то Меркурий был более крупной планетой, но утратил свою часть вследствие столкновения с большим космическим объектом.

Венера, вторая планета Солнечной системы, по размерам близка Земле и, так же как и она, имеет толстую кремниевую оболочку вокруг железного ядра. Венера самая горячая планета в Солнечной системе, температура её поверхности около 400 °C. На Венере есть очень плотная атмосфера, состоящая в основном из углекислого газа.

Рис. 173. Схема Солнечной системы

Так как эта атмосфера постоянно сдувается солнечным ветром, предполагают, что она постоянно пополняется за счёт вулканических извержений. Спутников Венера не имеет.

Четвёртая планета – Марс. Его масса примерно в 10 раз меньше массы Земли. Он обладает атмосферой, приблизительно в два раза менее плотной, чем атмосфера Земли, и состоящей из углекислого газа. На его поверхности есть вулканы, самый большой из которых, Олимп, имеет высоту 21 км, что значительно больше самых высоких вулканов Земли. Так же как и на Венере, эти вулканы пополняют срываемую солнечным ветром атмосферу Марса. Поверхность этой планеты содержит большое количество оксида железа, что и объясняет его красноватый цвет, за который он получил имя бога войны Марса. Так же как и одноимённого бога на поле боя, планету Марс сопровождают два спутника: Фобос (страх) и Деймос (ужас).

Меркурий, Венера, Земля и Марс называются внутренними планетами Солнечной системы или планетами земной группы. Они состоят в основном из соединений кремния и металлов. Остальные четыре планеты называют газовыми гигантами, преимущественно они состоят из водорода и гелия. Общая масса планет-гигантов составляет 99 % массы всех тел Солнечной системы, кроме, разумеется, самого Солнца. Все они имеют кольца из пыли и льда, вращающихся вокруг планеты, хотя с Земли видны только кольца Сатурна.

Пятая по расстоянию от Солнца планета – Юпитер. Его масса в 2,5 раза больше всех остальных планет вместе взятых и в 318 раз больше массы Земли. Юпитер имеет 63 спутника, самые большие из которых – Ганимед, Каллисто, Ио и Европа – по строению схожи с планетами земной группы. Ганимед является самым большим в Солнечной системе спутником, его масса больше массы Меркурия.

Следующая планета – Сатурн – известна своей системой колец. Его структура схожа со структурой Юпитера, но масса почти в два раза меньше, хотя почти в 100 раз превышает массу Земли. Он имеет 61 спутник, из которых один – Титан – является единственным в Солнечной системе спутником, обладающим собственной атмосферой.

Уран – седьмая по счёту планета солнечной системы является самой лёгкой из внешних планет. Его масса всего в 14 раз больше массы Земли. Особенностью Урана является то, что наклон оси его вращения к плоскости эклиптики больше 90°. Если другие планеты можно сравнить с вращающимися волчками, то Уран похож на катящийся шар. Так же как и следующая планета – Нептун, Уран, помимо водорода и гелия, содержит в своём составе много льда. У Урана известно 27 спутников, самые крупные из которых – Оберон, Титания, Умбриэль, Ариэль и Миранда.

Последняя, восьмая, планета Солнечной системы – Нептун. Масса его в 17 раз больше, чем масса Земли. Он имеет 13 спутников, на самом крупном из которых – Тритоне – имеются гейзеры, бьющие жидким азотом. От других планет Нептун отличается тем, что вращается вокруг Солнца в противоположном направлении.

Пояс астероидов

Между Марсом и Юпитером находится пояс астероидов (рис. 174). Астероидами называют небесные тела размером от нескольких метров до сотен километров. Они значительно меньше больших планет, но, несмотря на это, могут иметь собственные спутники. Астероиды относятся к малым телам Солнечной системы. Самые крупные астероиды называют карликовыми планетами. В настоящее время известно несколько сотен тысяч астероидов, но предполагают, что их общее число может достигать почти 2 млн. Несмотря на это, общая масса астероидов не превышает 0,001 массы Земли. Раньше самым крупным астероидом считалась Церера, имеющая почти 1000 км в диаметре, но с недавнего времени её принято относить к карликовым планетам. После Цереры единственным астероидом, который можно регулярно видеть в небе невооружённым глазом, является Веста. Её диаметр составляет около 500 км. Другие астероиды можно видеть только во время их прохождения вблизи Земли.

Пояс Койпера.

Второй пояс малых тел Солнечной системы, называемый поясом Койпера, – область от орбиты Нептуна до расстояния около 55 астрономических единиц от Солнца. Он значительно больше пояса астероидов. В отличие от объектов пояса астероидов, которые состоят из горных пород и металлов, тела этого пояса построены из замёрзшей воды, метана и аммиака.

Рис. 174. Астероиды: А – астероид Гаспра; Б – астероид Итокава; В – пояс астероидов

Здесь находятся три карликовые планеты, в том числе Плутон, который раньше считали полноправной большой планетой.

Кометы

В число малых тел Солнечной системы входят также кометы, которые состоят из «льдов» – застывшей воды, метана или других газов и имеют обычно размеры в несколько километров (рис. 175). Они движутся по сильно вытянутым орбитам, так что их перигелий находится в области внутренних планет, а афелий – за орбитой Плутона.

Рис. 175. Кометы:

А – орбиты комет Энке и аллея в Солнечной системе, строение кометы; Б – фотография кометы Галлея

Когда комета входит во внутреннюю область Солнечной системы, её ледяная поверхность испаряется и под действием солнечного излучения образует поток ионов, создавая длинный светящийся хвост (от греч. kometes – длинноволосый), поперечником в несколько десятков тысяч и длиной до нескольких миллионов километров, часто видимый с Земли невооружённым глазом. Самой известной кометой является комета Галлея, которая названа в честь английского астронома Эдмунда Галлея, доказавшего, что кометы 1531, 1607 и 1682 гг. – это одна и та же комета, и предсказавшего её возвращение в 1759 г. С тех пор можно наблюдать её возвращение к Земле с периодами около 76 лет.

Метеоры и метеориты

В окрестностях нашей планеты существуют и совсем мелкие тела, которые, попадая в атмосферу, нагреваются вследствие трения об неё и сгорают. Такие тела называют метеорными телами, а свет, видимый при их сгорании, – метеором. Метеоры часто называют «падающими звёздами», а явления, при которых их наблюдается особенно много, – метеорными потоками или «звёздными дождями». Иногда среди метеоров попадаются особенно крупные, излучающие свет, соответствующий звезде 4-й величины. Такой метеор называют болидом. В тех случаях, когда метеорное тело настолько плотно и массивно, что не успевает целиком сгореть в атмосфере, а падает на поверхность Земли в виде твёрдого предмета, его называют метеоритом (рис. 176).