Физические свойства Земли

Сила тяжести. Вокруг Земли существует поле тяготения, обу­словленное ее массой. Это поле называется гравитационным. У поверхности Земли среднее значение поля 9,8 м/с². С высотой напряженность его убывает, а на уровне Луны слабее, чем у поверхности Земли, почти в 4000 раз (К.А. Куликов, 1917).

Ускорение свободного падения уменьшается с высотой и возрас­тает с глубиной. В меридиональном направлении значение ее ме­няется от 9,77 м/с² на экваторе до 9,83 м/с² на полюсах.

Плотность. Впервые плотность Зем­ли была определена И. Ньютоном в 1736 г. Полученные им данные (5—6 г/см³) оказались близкими к современным. Средняя плот­ность Земли 5,527 г/см³, она вычислена на основе измерений плот­ности ее оболочек комплексом геофизических методов (сейсмичес­ких, гравиметрических и др.). Согласно определениям плотность земной коры 1,3—2,8 г/см³ в верхних слоях и до 3,3 г/см³ в нижних; мантии — от 3,64 до 9,4 г/см³; ядра — 11,5—17,3 г/см³.

Упругость. Это свойство тел оказывать сопротивление измене­нию их объема и формы йод влиянием механических напряжений. Упругие свой­ства оболочек Земли определяются по скорости распространения в них сейсмических волн. Скорость (км/с) упругих волн во мно­гом зависит от плотности и фазового состояния вещества. Чем плотнее вещество, тем быстрее в нем скорость волн.

Магнитные свойства. Земля — колоссальный магнит, вокруг которого су­ществует магнитное поле.

Магнитное поле состоит из двух полусфер, образуемых опоя­сывающими земной шар магнитными силовыми линиями. С высо­той оно ослабевает, а на расстоянии 70 тыс. км от Земли постепен­но переходит в межпланетное пространство. Омываемое солнечной плазмой (солнечный ветер) магнитное поле образует магнитосферу.

Рис.8. Деформация магнитосферы под действием солнечного ветра (штриховкой показаны радиационные пояса)

Форма и размеры последней периодически меняются. Под воздействием солнечного ветра внешняя граница магнитосферы (рис.8), обращенная к Солнцу, изгибается и приближается к поверхности Земли, в то время как на теневой стороне магнитосферы вытягивается в виде шлейфа на многие миллионы километров. Немалое влияние на магнитную оболочку оказывает и солнечная активность. Усиливающееся при появлении пятен на Солнце космическое излучение проникает в магнитосферу, вызывает магнитные бури, усиливает полярные сияния.

Очень важной особенностью геомагнитного поля является его способность задерживать потоки солнечной плазмы, не пропускать их к поверхности Земли. Удерживаемые в верхних слоях атмосферы заряженные частицы накапливаются и образуют радиационный пояс (на рис. 8 выделен штриховкой).

Магнитосфера находится в постоянном взаимодействии с ионосферой и образует с ней единую электрическую систему. Солнечный ветер представляет смертельную опасность для органического мира Земли. Не будь у Земли магнитного поля, защищающего ее от солнечной радиации, ноша планета превратилась бы в выжженную космическими лучами пустыню.

Теплота Земли. Земля, как и другие планеты солнечной системы, — холодное космическое тело, температура поверхности которого зависит от внешнего тепла. Исследования показали, что 95% тепла поверхностного слоя Земли — это тепло, получаемое от Солнца (внешнее тепло), и только 5% приходится на внутреннее тепло Земли. Внутренние зоны Земли, как известно, за счет внутреннего тепла нагреты значительно больше, чем верхние слои. Внешнее тепло поступает на поверхность Земли от Солнца (тепловое излучение звезд, достигающее поверхности Земли, ничтожно мало и поэтому во внимание не принимается) в виде солнечной радиации. Глубина проникновения солнечного тепла в недра Земли зависит от количества тепла, поступающего от Солнца, я от теплопроводности горных пород. В океанах внешнее тепло прогревает водную толщу на глубину 200 м, на суше породы пропускают тепло до глубины 40 м. Исключение составляют области многолетней мерзлоты, где горные породы, скованные льдом, постоянно находятся и мерзлом состоянии. Тепло, поступающее от Солнца, прогревает породы на небольшую глубину (единицы метров). Повышение температур с глубиной происходит неравномерно. Температурный режим горных пород в недрах земной коры принято выражать геотермическими ступенью и градиентом. Геотермическая ступень — это глубина в метрах, на которую нужно опуститься в глубь зем­ной коры, чтобы температура горных пород повысилась на 1°С. Геотермический градиент выражается количеством градусов, на которое повышается температура с глубиной через каждые 100 м. Значение геотермического градиента с глубиной может меняться. Излучаемая Землей тепловая энергия меньше солнечной в несколько тысяч раз. О ее происхождении существуют разные мнения, но большинство исследователей считают, что на глубинах имеются следующие источники тепла: радиоактивное тепло, выделяющееся при радиоактивном распаде элементов (генерируется в земной коре), остаточное тепло, выделившееся при дифференциации материи Земли, тепло гравитационное, образовавшееся при гравитационном адиабатическом сжатии и приливном трении, тепло химических реакций, происходящих в горных породах. Основные источники - радиоактивное и остаточное, тепло.

Радиоактивные свойства пород. Ими обладают горные породы земной коры, содержащие такие радиоактивные элементы, как уран, радий, торий, калий, рубидий и др. В результате распада радиоактивных элементов образуются ядра качественно новых химических элементов. Наука, занимающаяся изучением радиоактивных свойств горных пород, называется радиометрией. С помощью радиометрических методов осуществляются поиски и разведка радиоактивных руд — важнейшего вида минерального сырья, используемого для производства атомной энергии.