Введение. Дисциплина «науки о Земле» включает важнейшие сведения и представления о науках геологического, географического

Дисциплина «Науки о Земле» включает важнейшие сведения и представления о науках геологического, географического, экологического цикла, почвоведения, как важнейшей составляющей естественнонаучного образования, овладение которыми позволит будущему специалисту реализовать цели и задачи его профессиональной деятельности. «Науки о Земле» включают в себя понятия целостности наук о Земле, охватывающих основные разделы геологии, почвоведения и географической оболочки. Они раскрывают важную роль земных циклов в развитии литосферы, почв и географической оболочки, где появился и обитает человек. Рассматривает важнейшие параметры Земли как планеты и биосферы, обеспечивающие их целостность и единство. Цикл наук о Земле формирует мировоззрение современного человека на происхождение Земли, почв и географической облочки, их развитие во времени.

В тексте учебного пособия подчёркиванием выделены понятия и термины, расшифровку которых можно найти в Интернете.

Дисциплина «Науки о Земле» показывает современную картину мироздания, которая необходима всей интеллигенции и она особенно необходима учителям географии, биологии, закладывающим основы знаний подрастающему поколению начала XXI века.

Тема 1.
Космическое окружение Земли

Земля (от общеславянского зем - земля, пол, низ) – третья от Солнца планета Солнечной системы. Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите (с эксцентриситетом 0,0167) на среднем расстоянии 149,6 млн. км. Период обращения Земли 365,242 средних солнечных суток (год), скорость в среднем 29,765 км/сек. Период обращения Земли вокруг оси 23 ч 56 мин 4,1 сек (сутки), наклон оси к плоскости эклиптики 66º33'22". Положение оси вращения осложняется прецессией – медленным поворотом её по круговому конусу (полный оборот происходит за 26 тыс. лет) и нутацией – колебанием оси (налагающимся на прецессионные) с периодом 18,6 года.

История Земли тесно связана с происхождением и развитием Солнечной системы – одной из наиболее сложных научных проблем.

Отличительной чертой Солнечной системы состоит в том, что векторы углового момента орбитального движения и собственного вращения в большинстве случаев оказываются почти параллельными, поэтому планеты и большая часть их спутников движутся одинаковым образом в одной плоскости и в то же время аналогичным образом происходит их вращение вокруг собственных осей. Расстояние планет от Солнца измеряются в астрономических единицах (одна из астрономических единиц равна среднему расстоянию между Землёй и Солнцем), которые приближённо описываются правилом Титуса – Боде

R=0,4+0,3∙2ⁿ,

Где n= - ∞ для Меркурия, 0 – для Венеры, 1- для Земли, 2- для Марса, 3- для пояса астероидов, 4- для Юпитера и т.д.

Среди планет выделяются две самостоятельные категории: планеты «земного» типа, или внутренние (от Меркурия до Марса), и «большие», или внешние, планеты (от Юпитера и далее). Внешние планеты имеют заметно большую массу, чем планеты земного типа (за исключением Плутона, который обычно считают не планетой, а скорее отделившимся спутником от какой-то крупной планенты, несмотря на то, что для него приближённо выполняется правило Титуса – Боде при n=7).

Внутренние планеты меньше по размерам, а их средние плотности приближаются к средней плотности Земли (например, плотность Земли равна 5,52 г/см³, Венеры – 5,1, Марса – 4,1, а Сатурна - 0, 7). Низкая плотность внешних планет объясняется влиянием их массы и высокой поступательной скорости, вследствие чего в этих планетах сохраняется более высокое содержание лёгких элементов (водорода, гелия и других).

На раcстоянии n=3 для закона Титуса-Боде определённой планеты не существует. В то же время приблизительно на указанном расстоянии наблюдается пояс малых тел, называемых астероидами, которые могут быть обломками одного или нескольких разрушившихся планетарных тел, или же фрагментами, агломерация которых не достигла стадии образования планеты. Метеориты – твёрдые тела, двигающиеся по орбитам вокруг Солнца и падающие время от времени на Землю, возможно, являются астероидами, которые были смещены со своих орбит под влиянием гравитационного возмущения со стороны других планет или же в результате столкновений.

Солнечная система входит в крупную галактику Млечный Путь, располагаясь примерно в 2/3 от её центра. Наша Галактика вместе со спутниковыми Большим и Малым Магеллановыми облаками, соседней галактикой Туманность Андромеды и рядом других образует местную группу галактик, которых во Вселенной насчитывается до 10 млрд.

Установлено, что галактики «разбегаются» друг от друга и в то же время в разные стороны от некоего центра. В связи с этим одной из самых вероятных сейчас считается гипотеза Большого взрыва, случившегося примерно 20 млрд. лет тому назад. В результате Вселенная начала центробежное движение, в ходе которого сформировалось вещество, находившееся первоначально в сверхплотном состоянии. Затем пошёл ядерный синтез гелия, дейтерия и т.д. 18-19 млрд. лет назад началось образование галактик, 15-16 млрд. лет назад образовались первые звёзды как результат сжатия гигантских скоплений водорода и гелия, их разогревания и начавшегося термоядерного процесса.

Земля имеет сложную форму, определяющуюся совместным действием гравитации, центробежных сил, вызванных вращением Земли, а также совокупностью эндо- и экзогенных сил. Приближённо в качестве формы (фигуры) Земли принята уровенная поверхность гравитационного потенциала – ГЕОИД.

Согласно современным космогоническим представлениям, Земля и другие планеты Солнечной системы образовались 4,6 млрд. лет назад почти одновременно с Солнцем в результате сложного процесса объединения (аккреции) большого числа твёрдых частиц разных размеров околосолнечного допланетного облака. В зоне Земли процесс аккумуляции допланетных тел в планету длился около 10⁸ лет (около 1 млрд. лет). Согласно модели гомогенной аккреции, сначала образовалась квазиоднородная по составу и строению первичная Земля, а её зональное внутреннее строение возникло в процессе последующей эволюции. Не менее вероятна, однако, модель гетерогенной аккреции, по которой вначале аккумулировалось существенно металлическое протоядро, а затем на него «налипали» в сущности силикатные частицы, образовавшие первичную мантию. Возможно и сочетание обеих моделей. По мере роста Земли, вследствие ударов частиц при аккреции и начавшегося радиоактивного разогрева, температура в её недрах постепенно поднималась, однако, по-видимому, лишь в ядре превысила точку плавления. На завершающей стадии догеологического этапа (около 4,2-4,0 млрд. лет назад) Земля подвергалась интенсивной бомбардировке крупными метеорами и астероидами, приведшими к сильному разогреванию и, вероятно, временному, частичному или даже полному расплавлению. Дальнейшему повышению температуры препятствовала интенсивная конвекция в нагретом слое. Поэтому уже к концу формирования Земли могла начаться дифференциация вещества, в результате которой произошло разделение её на ГЕОСФЕРЫ, т.о., что более тяжёлое вещество сформировало более глубокие слои. Процесс формирования тяжёлого ядра Земли, по-видимому, в основном, завершился в течение первого миллиарда лет существования Земли. Одновременно лёгкая компонента вещества Земли, поднимаясь к её поверхности, образовала кору.

Геосферы. Геосфе́ры (от греч. гео — Земля, сфера — шар) — географические концентрические оболочки (сплошные или прерывистые), из которых состоит планета Земля.

Выделяются следующие геосферы: атмосфера, гидросфера, литосфера, земная кора, мантия и ядро Земли. Ядро Земли делится на внешнее ядро (жидкое) и центральное — субъядро (твёрдое).

Геосферы условно делятся на базовые или главные (литосфера, атмосфера и гидросфера и другие), а также относительно автономно развивающиеся вторичные геосферы: педосфера, антропосфера (Родоман Б. Б., 1979), социосфера (Ефремов Ю. К., 1961) и ноосфера (Вернадский В. И.). Область обитания организмов, включающая нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть земной коры, называется биосферой. Криосфера характеризуется отрицательной или нулевой температурой, при которых вода, содержащаяся в парообразном, свободном или химически и физически связанном с другими компонентами виде, может существовать в твёрдой фазе (лёд, снег, иней и другие).

Статус геосферы им придаётся лишь исходя из значения в жизни человека на Земле, соизмеримого с ролью первичных геосфер.

Каждая из перечисленных выше геосфер изучается отдельной наукой или набором отдельных наук, изучающих каждую сферу на разных системных уровнях.

Первые предложения по сохранению единства знания о Земле и созданию обобщающей его науки прозвучали в виде синтетической концепции геосфер Э. Зюсса и в идее А. Геттнера. В России сторонником единой и общей географии был В.В. Докучаев.

По совокупности природных условий и процессов, протекающих в области соприкосновения и взаимодействия геосфер, выделяют специфические оболочки (например, географическую оболочку). Географическая оболочка была определена П. И. Броуновым в 1910 году, но затем по-разному определялась и ограничивалась А.А. Григорьевым, И.П. Герасимовым, И.М. Забелиным, С.В. Калесником, М.М. Ермолаевым, А.И. Рябчиковым и другими учёными.

В пределах географической оболочки сталкиваются и сложно взаимодействуют силы разного происхождения (в частности — солнечная энергия, энергия внутренних слоёв Земли, сила тяжести, движения воздушных, водных и литогенных потоков).

Современные представления о внутреннем строении Земли основаны на анализе косвенных данных сейсмологии, гравиметрии, геотермии, измерении частот собственных колебаний Земли, экспериментальных данных о свойствах и поведении горных пород в условиях высоких давлений и т.п. Этими исследованиями установлено, что Земля состоит из трёх основных геосфер: коры, мантии и ядра, подразделяющихся, в свою очередь, на ряд слоёв. Вещество этих геосфер различается по физическим свойствам, состоянию и минералогическому составу, о чём свидетельствуют изменения температуры, плотности, упругости, вязкости и др.

В зависимости от величины скоростей сейсмических волн и характера их изменения с глубиной «твёрдую» Землю делят на 8 сейсмических слоёв: A, B, C, D', D", E, F и G. Кроме того, в Земле выделяют особо прочный слой – ЛИТОСФЕРУ и нижележащий размягчённый слой – АСТЕНОСФЕРУ. Слой А, или ЗЕМНАЯ кора, ИМЕЕТ переменную толщину (в континентальной области 33 км, в океанической – 6 км, в среднем 18 км). Под горами кора утолщается, в рифтогенных долинах срединно-океанических хребтов почти пропадает. На нижней границе земной коры – поверхности Мохоровичича скорости сейсмических волн возрастают скачком, что связано в основном с изменением вещественного состава с глубиной, переходом от гранитов и базальтов к ультраосновным горным породам верхней мантии. Слои В, С, D', D" входят в МАНТИЮ ЗЕМЛИ.

Слой В простирается от поверхности Мохоровичича до глубин 400 км. Его иногда отождествляют с верхней мантией Земли, хотя в динамических моделях она ограничивается глубиной 700 км, ниже которой отсутствуют очаги землетрясений. Между слоем В и корой происходит интенсивный обмен веществом. Легкоплавкая часть вещества слоя В, составляющая до 10% его массы, равна массе современной коры. Внутри слоя В имеется зона понижения скоростей сейсмических волн: на глубине 100-200 км под континентами и 60-220 км под океанами. Уменьшение скоростей волн в этой зоне связано с относительно высокой температурой, близкой к температуре плавления вещества при соответствующем давлении.

Слой С (слой Голицына) занимает область глубин 400-900 км и характеризуется резким ростом скоростей волн, связанным с переходом минералов в более плотные модификации. Для Горного Алтая глубина кровли аномальной мантии от подошвы земной коры превышает 600 км, но менее 660 км (Кузнецова, Кучай, 1996). Указанная аномальная мантия на глубине 660 км связана с изохимическим фазовым переходом γ-оливин- перовскит- магнезиовюстит. Согласно экспериментальным данным М. Акаоги, А. Танаки, Е. Ито (2002) такое положение фазовой границы перехода соответствует температуре выше нормальной (≈1600ºС) геотермы), указывая на аномальный мантийный тепловой поток под Алтаем. При этом повышение температуры в зоне фазового перехода на 100ºС ведёт к сокращению мощности между границами «410» и «660» примерно на 15 км (Bina, Helffrich, 1994). Температура в зоне фазового перехода на отметке «660» активно влияет на окислительно-восстановительное состояние глубинного вещества, мерой которого может служить летучесть кислорода (fO₂).

В слое D' (900-2700 км) скорость волн в основном растёт за счёт сжатия однородного вещества. Нерегулярность поведения сейсмических волн в переходном слое D" (2700-2885 км), граничащим с ядром, связана, видимо, с неоднородностью его состава и высоким градиентом температуры.

Слои E, F и G образуют ЯДРО ЗЕМЛИ (радиусом 3486 км). На границе с ядром (на поверхности Гутенберга) скорость продольных волн уменьшается скачком на 30%, а поперечные волны исчезают, что указывает на то, что внешнее ядро (слой Е, простирающийся до глубин 4980 км) жидкое. Ниже затвердевающего переходного слоя (слой F, 4980-5120 км) находится твёрдое внутреннее ядро (слой G), в котором распространяются поперечные волны.

В твёрдой земной коре преобладают следующие химические элементы: кислород (46,1%) и кремний (26,7%) далее идут алюминий (8,1%), железо (6,0%), кальций (5,0%), натрий (2,3%), калий (1,6%) и магний (3,0%), в сумме составляющие 99,03%. На остальные элементы приходится менее 1%. Наиболее редкие элементы: радий (около 1·10^-10%), рений (7·10^-8 %), золото (4,3·10 ^–7 %), висмут (9·10^-7 %). Таким образом, в геохимическом отношении земная кора – кислородно-кремниево-алюминиевая сфера, в минералогическом отношении – силикатная сфера (преобладают полевые шпаты). В результате магматических, метаморфических, тектонических процессов и процессов осадконакопления земная кора резко дифференцирована, в ней протекают сложные процессы концентрации и рассеяния химических элементов, приводящие к образованию различных типов пород и месторождений полезных ископаемых.

Предполагается, что верхняя мантия по составу близка к ультраосновным породам, в которых преобладают кислород (42,5%), магний (25,9%), кремний (19%), и железо (9,85%). В минеральном отношении господствует оливин, меньше пироксенов. Нижнюю мантию считают аналогом каменных метеоритов (хондритов). В целом мантия – это силикатно-оксидная оболочка, в основном состоящая из кислорода, железа и магния. Обычно полагают, что по составу земное ядро Земли аналогично железным метеоритам, в которых содержится 80,78% железа, 8,59% никеля, 0,63% кобальта. Предполагается также примесь в ядре лёгких элементов – кислорода, кремния, серы, алюминия. На основе метеоритной модели рассчитан средний состав Земли, в котором преобладают железо (35%), кислород (30%), кремний (15%) и магний (13%).

Литосфера (от греч. Лито – камень, сфера – шар) – каменная оболочка, представляющая твёрдую, наружную оболочку Земли. Литосфера построена из горных пород, таких например, как гранит, базальт, песчаник, известняк. Горные породы – это сложные природные тела, состоящие из сочетания более простых, химически и физически, тел – минералов. К минералам относятся, например, такие, как, кварц, полевой шпат, слюда, слагающие гранит; или кальцит, составляющий основу таких пород, как известняк и мрамор.

Атмосфера. Атмосфера - (от греч. Атмо- воздух, сфера- шар) – воздушная оболочка, состоящая в основном из азота и кислорода с небольшим количеством водяных паров, углекислого газа и некоторых благородных газов, особенно аргона.

Атмосфера – это газовая оболочка небесного тела, удерживаемая около него гравитацией. Поскольку не существует резкой границы между атмосферой и межпланетным пространством, то обычно атмосферой принято считать область вокруг небесного тела, в которой газовая среда вращается вместе с ним как единое целое. Глубина атмосферы некоторых планет, состоящих в основном из газов (газовые планеты), может быть очень большой.

Атмосфера Земли содержит кислород, используемый большинством живых организмов для дыхания, и диоксид углерода потребляемый растениями, водорослями и цианобактериями в процессе фотосинтеза. Атмосфера также является защитным слоем планеты, защищая её обитателей от солнечного ультрафиолетового излучения.

Атмосфера есть у всех массивных тел — планет земного типа, газовых гигантов.

Атмосферное давление — это гидростатическое давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы. Атмосферное давление создаётся гравитационным притяжением воздуха к планете. Единица измерения давления, которая также называется атмосферой, определяется равной 101 325 Па или 760 миллиметрам ртутного столба. Давление атмосферы уменьшается с высотой из-за уменьшения количества газа.

Состав атмосферы. Начальный состав атмосферы планеты обычно зависит от химических и температурных свойств солнца в период формирования планет и последующего выхода внешних газов. Затем состав газовой оболочки эволюционирует под действием различных факторов.

Атмосфера Венеры и Марса в основном состоят из двуокиси углерода с небольшими добавлениями азота, аргона, кислорода и других газов. Земная атмосфера в большой степени является продуктом живущих в ней организмов. Приблизительный состав атмосферы Земли: 78,08 % азота, 20,95 % кислорода, изменяющееся количество водяного пара (в среднем около 1 %), 0,93 % аргона, 0,038 % двуокиси углерода, и небольшое количество водорода, гелия, других благородных газов и загрязнителей.

Низкотемпературные газовые гиганты — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун — могут удерживать в основном газы с низкой молекулярной массой — водород и гелий. Высокотемпературные газовые гиганты, такие как Осирис или 51 Пегаса b, наоборот, не могут её удержать и молекулы их атмосферы рассеиваются в пространстве. Этот процесс протекает медленно, постоянно.

Атмосфера состоит из оболочек от периферии к поверхности Земли: экзосфера, термосфера, мезосфера, стратосфера, тропосфера.

Тропосфе́ра (др.-греч. τροπή — «поворот», «изменение» и σφαῖρα — «шар») — нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8—10 км, в умеренных широтах до 10—12 км, на экваторе — 16—18 км.

При подъёме в тропосфере температура понижается в среднем на 0,65 К через каждые 100 м и достигает 180÷220 К (—90 ÷ —53° C) в верхней части. Этот верхний слой тропосферы, в котором снижение температуры с высотой прекращается, называют тропопаузой. Следующий, расположенный выше тропосферы, слой атмосферы называется стратосфера.

В тропосфере сосредоточено более 80% всей массы атмосферного воздуха, сильно развиты турбулентность и конвекция, сосредоточена преобладающая часть водяного пара, возникают облака, формируются и атмосферные фронты, развиваются циклоны и антициклоны, а также другие процессы, определяющие погоду и климат. Происходящие в тропосфере процессы обусловлены, прежде всего, конвекцией.

Часть тропосферы, в пределах которой на земной поверхности возможно зарождение ледников, называется хионосфера.

Стратосфе́ра (от др.-греч. στρατός — «армия» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы, располагающийся на высоте от 11 до 50 км. Характерно незначительное изменение температуры в слое 11—25 км (нижний слой стратосферы) и повышение её в слое 25—40 км от −56,5 до 0,8 °С (верхний слой стратосферы или область инверсии). Достигнув на высоте около 40 км значения около 273 К (почти 0 °C), температура остаётся постоянной до высоты около 55 км. Эта область постоянной температуры называется стратопаузой и является границей между стратосферой и мезосферой.

Именно в стратосфере располагается слой озоносферы («озоновый слой») (на высоте от 15—20 до 55—60 км), который определяет верхний предел жизни в биосфере. Озон (О3) образуется в результате фотохимических реакций наиболее интенсивно на высоте ~30 км. Общая масса О3 составила бы при нормальном давлении слой толщиной 1,7—4,0 мм, но и этого достаточно для поглощения губительного для жизни ультрафиолетового излучения Солнца. Разрушение О3 происходит при его взаимодействии со свободными радикалами, NO, галогенсодержащими соединениями (в т. ч. «фреонами»).

В стратосфере задерживается большая часть коротковолновой части ультрафиолетового излучения (180—200 нм) и происходит трансформация энергии коротких волн. Под влиянием этих лучей изменяются магнитные поля, распадаются молекулы, происходит ионизация, новообразование газов и других химических соединений. Эти процессы можно наблюдать в виде северных сияний, зарниц и других свечений.

В стратосфере и более высоких слоях под воздействием солнечной радиации молекулы газов диссоциируют — на атомы (выше 80 км диссоциируют СО2 и Н2, выше 150 км — О2, выше 300 км — Н2). На высоте 200-500 км в ионосфере происходит также ионизация газов, на высоте 320 км концентрация заряженных частиц (О+2, О−2, N+2) составляет ~ 1/300 от концентрации нейтральных частиц. В верхних слоях атмосферы присутствуют свободные радикалы — ОН•, НО•2 и др.

В стратосфере почти нет водяного пара.

Полёты в стратосфере

Полёты в стратосферу начались в 1930-годах. Широко известен полёт на первом стратостате (FNRS-1), который совершили Огюст Пикар и Пауль Кипфер 27 мая 1931 г. на высоту 16,2 км. Современные боевые и сверхзвуковые коммерческие самолёты летают в стратосфере на высотах в основном до 20 км (хотя динамический потолок может быть значительно выше). Высотные метеозонды поднимаются до 40 км; рекорд для беспилотного аэростата составляет 51,8 км.

В последнее время в военных кругах США большое внимание уделяют освоению слоёв стратосферы выше 20 км, часто называемых «предкосмосом» (англ. «near space»). Предполагается, что беспилотные дирижабли и самолёты на солнечной энергии (наподобие NASA Pathfinder) смогут длительное время находиться на высоте порядка 30 км и обеспечивать наблюдением и связью очень большие территории, оставаясь при этом малоуязвимыми для средств ПВО; такие аппараты будут во много раз дешевле спутников.

Мезосфе́ра (от греч. μεσο- — «средний» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы на высотах от 40—50 до 80—90 км. Характеризуется повышением температуры с высотой; максимум (порядка +50°C) температуры расположен на высоте около 60 км, после чего температура начинает убывать до −70° или −80°C. Такое понижение температуры связано с энергичным поглощением солнечной радиации (излучения) озоном. Термин принят Географическим и геофизическим союзом в 1951 году.

Газовый состав мезосферы, как и расположенных ниже атмосферных слоев, постоянен и содержит около 80% азота и 20% кислорода.

Мезосфера отделяется от нижележащей стратосферы стратопаузой, а от вышележащей термосферы — мезопаузой. Мезопауза в основном совпадает с турбопаузой.

Метеоры начинают светиться и, как правило, полностью сгорают в мезосфере.

В мезосфере могут появляться серебристые облака.

Мезосфера с точки зрения летательных аппаратов

Для полётов мезосфера представляет собой своего рода «мёртвую зону» — воздух здесь слишком разрежен, чтобы поддерживать самолёты или аэростаты (на высоте 50 км плотность воздуха в 1000 раз меньше, чем на уровне моря), и в то же время слишком плотен для полётов искусственных спутников на такой низкой орбите. Прямые исследования мезосферы проводятся в основном с помощью суборбитальных метеорологических ракет; в целом мезосфера изучена хуже других слоёв атмосферы, в связи с чем учёные прозвали её «игноросферой».

Термосфе́ра (от греч. θερμός — «тёплый» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — слой атмосферы, следующий за мезосферой, — начинается на высоте 80-90 км и простирается до 800 км. Температура воздуха в термосфере колеблется на разных уровнях, быстро и разрывно возрастает и может варьироваться от 200 К до 2000 К, в зависимости от степени солнечной активности. Причиной является поглощение ультрафиолетового излучения Солнца на высотах 150—300 км, обусловленное ионизацией атмосферного кислорода. В нижней части термосферы рост температуры в сильной мере обусловлен энергией, выделяющейся при объединении (рекомбинации) атомов кислорода в молекулы (при этом в энергию теплового движения частиц превращается энергия солнечного УФ-излучения, поглощённая ранее при диссоциации молекул O2). На высоких широтах важный источник теплоты в термосфере — джоулева теплота, выделяемая электрическими токами магнитосферного происхождения. Этот источник вызывает значительный, но неравномерный разогрев верхней атмосферы в приполярных широтах, особенно во время магнитных бурь.

Полёты в термосфере. Из-за крайней разреженности воздуха полёты выше линии Кармана возможны только по баллистической траектории. Все пилотируемые орбитальные полёты (за исключением полётов американских астронавтов к Луне) проходят в термосфере, преимущественно на высотах от 200 до 500 км — ниже 200 км сильно сказывается тормозящее действие воздуха, а выше 500 км простираются радиационные пояса, оказывающие на людей вредоносное действие.

Беспилотные спутники также по большей части летают в термосфере — вывод спутника на более высокую орбиту требует бо́льших затрат энергии, кроме того, для многих целей (например, для дистанционного зондирования Земли) малая высота предпочтительнее.

Высокая температура воздуха в термосфере не страшна летательным аппаратам, поскольку из-за высокой степени разреженности воздуха он практически не взаимодействует с обшивкой летательного аппарата, то есть плотности воздуха не достаточно для того, чтобы нагреть физическое тело, так как количество молекул очень мало и вероятность её столкновения с обшивкой судна (соответственно и передачи тепловой энергии) не велика.

Исследования термосферы проводятся также с помощью суборбитальных геофизических ракет.

Экзосфе́ра (от др.-греч. ἐξω — «снаружи», «вне» и σφαῖρα — «шар», «сфера») — самая внешняя часть верхней атмосферы Земли и планет с низкой концентрацией нейтральных атомов (концентрация частиц n0<107см−3). Нижняя граница экзосферы — экзобаза — определяется из соотношения равенства длины свободного пробега высоте однородной атмосферы. Частицы экзосферы двигаются по баллистическим траекториям, поэтому при наличии у них второй космической скорости достаточно высока вероятность покинуть планету без столкновений.

Протяжённую экзосферу планеты часто называют короной; она состоит из атомов водорода, «улетучивающихся» из верхней атмосферы. Геокорона распространяется вплоть до высот порядка 100 тыс. км., а корона Венеры — до 200 тыс.км.

Экзосфера Земли состоит из ионизированного газа (плазмы); у её основания отношение концентраций заряженных и нейтральных частиц близко к 1, в верхней части экзосферы газ почти полностью ионизирован. Нижняя и средняя части экзосферы в основном состоят из атомов О и N, с увеличением же высоты быстро растет относительно концентрация лёгких газов, особенно ионизированного водорода. Газокинетическая температура составляет 1500—3000 К, она слабо растет с высотой. Рост солнечной активности приводит к потеплению экзосферы и к увеличению её толщины.

Гидросфера. Гидросфера - (от греч. Гидро – вода, влага, сфера – шар) – водная оболочка, включающая в себя все природные воды. Сюда относятся воды океанов, морей, озёр и рек, покрывающих свыше 70% поверхности Земли, а также подземные воды, насыщающие горные породы.

Она образует прерывистую водную оболочку. Средняя глубина океана составляет 3800 м, максимальная (Марианская впадина Тихого океана) — 11 022 метра. Около 97 % массы гидросферы составляют соленые океанические воды, 2,2 % — воды ледников, остальная часть приходится на подземные, озерные и речные пресные воды. Общий объём воды на планете около 1 532 000 000 кубических километров. Масса гидросферы примерно 1,46*1021 кг. Это в 275 раз больше массы атмосферы, но лишь 1/4000 от массы всей планеты. Гидросферу на 94% составляют воды Мирового океана, в которых растворены соли (в среднем 3,5%), а также ряд газов. Верхний слой океана содержит 140 трлн. тонн углекислого газа, а растворенного кислорода — 8 трлн. тонн. Область биосферы в гидросфере представлена во всей ее толще, однако наибольшая плотность живого вещества приходится на поверхностные прогреваемые и освещаемые лучами солнца слои, а также прибрежные зоны.

В общем виде принято деление гидросферы на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. Большая часть воды сосредоточена в океане, значительно меньше — в континентальной речной сети и подземных водах. Также большие запасы воды имеются в атмосфере, в виде облаков и водяного пара. Свыше 96 % объёма гидросферы составляют моря и океаны, около 2 % — подземные воды, около 2 % — льды и снега, около 0,02 % — поверхностные воды суши. Часть воды находится в твёрдом состоянии в виде ледников, снежного покрова и в вечной мерзлоте, представляя собой криосферу.

Поверхностные воды, занимая сравнительно малую долю в общей массе гидросферы, тем не менее, играют важнейшую роль в жизни наземной биосферы, являясь основным источником водоснабжения, орошения и обводнения. Сверх того эта часть гидросферы находится в постоянном взаимодействии с атмосферой и земной корой.

Взаимодействие этих вод и взаимные переходы из одних видов вод в другие составляют сложный круговорот воды на земном шаре. В гидросфере впервые зародилась жизнь на Земле. Лишь в начале палеозойской эры началось постепенное переселение животных и растительных организмов на сушу. Океаническую кору слагают осадочный слой и гранитный слой.

Биосфера (от греч. Био- жизнь, сфера –шар) – та оболочка Земли, в пределах которой развита органическая жизнь. Эта оболочка жизни как бы пронизывает атмосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы и является заметным фактором разнообразных превращений и изменений, протекающих в поверхностных частях Земли. Биосфера представляет собой единую слаженную, динамическую, относительно уравновешенную экологическую систему, в которой организмы, составляющие живое вещество, связаны между собой и с окружающей средой цепями питания. Живые организмы разрушают и видоизменяют ранее созданные породы и минералы, в результате чего возникают новые соединения, новые минералы: кроме того, они сами поставляют материал для накопления органических пород, таких как известняки, трепел, мел, каменный уголь и других. Трепел – это порода, состоящая из мельчайших опаловых зёрен.

Контрольные вопросы:

1. Какие планеты Солнечной системы относятся к земной группе?

2. Какие планеты входят в состав “внешних планет»?

3. В каких единицах измеряют расстояния в Солнечной системе и в космосе?

4. Какие геосферы слагают Землю, как планету?

5. Какие сферы входят в состав атмосферы?

6. Что понимается под гидросферой?

7. Как понимается бисфера и что она охватывает?

Тема 2.
Земля как планета