Строение Земли, Галактики, Вселенной и явления

         Строение Земли, Галактики, Вселенной и приливно-отливные явления.


        История создания и строение Земли привлекает всеобщее внимание. Академические институты на основе изучения строения земли создают долговременные прогнозы землетрясений и связанных с ними колебаний водной поверхности. В России этими проблемами занимаются, в основном, Институт прогнозов землетрясений и Институт океанологии. Теле и радио каналы частенько знакомят нас с различными исследованиями специалистов этих институтов. Однако, даже поверхностное знакомство с историей возникновения и строением Земли и явлений, происходящих на нашей планете, представляет интерес для проживающих на ней.
         Земля - это третья от Солнца планета солнечной системы (9 планет и Солнце). Она обращается вокруг звезды (Солнца) по эллиптической орбите (очень близкой к круговой) со средней скоростью 29,765 км./сек. на среднем расстоянии 149.6 млн. км. за период равный 365,24 суток. Падение на Землю гигантского метеорита привело к выбросу материала, из которого образовалась Луна, который стал спутником Земли, примерно 4,527± 0,01 млрд. лет назад, хотя её происхождение до сих пор точно не установлено. Луна от Земли расположена на расстоянии 380 тыс. км. Диаметр Луны в 4 раза меньше, чем диаметр Земли, а диаметр Солнца в 109 раз больше, чем диаметр Земли. Солнце и вся солнечная система образует нашу Галактику. Вокруг солнца вращается 9 планет, они образуют  земную и солнечные группы. В земную группу входят 4 планеты: Меркурий, Венера, Земля, Марс. В солнечную – 5 планет: Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон. Чтобы не забыть порядок расположения планет нашей Галактики придумана скороговорка: мы все знаем мама Юли села утром на пилюли. Первая буква каждого слова – начальная буква планеты солнечной системы. Галактика вращается по почти круговой орбите со скоростью около 220 км./cек. В свою очередь, солнечная система  движется со скоростью примерно 20 км./сек. по направлению к точке (апексу), находящейся на границе созвездий Лиры и Геркулеса, ускоряясь по мере расширения Вселенной. Если звёзды движутся с востока на запад, то мы смотрим на север, а если наоборот – юг. Если звёзды поднимаются вверх – восток, если наоборот – Запад. Одна из самых ярких звёзд на ночном небе – это Полярная звезда, которая находится в созвездии Малая Медведица (малый ковш). Она отстоит от звезды Дугбе (созвездие Большая Медведица) в пяти расстояний между звездами Дугбе и Мирак в том же созвездии. Созвездие Большая Медведица – это большой ковш. Однако, Полярная звезда на небе занимает 46 место по яркости, уступая Сириусу и Веге, соизмерима со звёздами ковша Большой Медведицы. Она популярна из-за своего положения: находится в одном угловом  градусе от полюса Мира и постоянно находится над головой в северном полушарии и так будет ещё 1,5 тыс. лет. Ещё более яркая звезда на видимом небосклоне – это Капелла (Альфа). Находится она в созвездии Возничий. Космический год – период обращения солнечной системы около центра Галактики. Он равен 270 млн. земных лет. Млечный Путь – это видимое нами звёздное кольцо, которое состоит из мелких звёзд и туманностей (полоса разлитого молока). Планетарные (диффузионные) туманности существуют за счёт газов, выделенных самой звездой. Через 100 млн. лет газы расширяются, расширяется планетарная туманность и она теряет связь со звездой, которая её породила. Масса такой туманности от 0,1 до 0,01 массы Солнца или другой звезды. Существуют ещё и пылевые туманности (глобулы). Отмечают разные виды Галактик (эллиптические,

                - 2 -

спиральные и др.). Центр Галактики расположен по направлению созвездия Стрельца на расстоянии 30 тыс. световых лет от нас. Световой год (с.г.) – расстояние, которое проходит свет в течении года (скорость света равна 300000 км./сек.) составляет 9461 млрд. км. (94,608х10 в 11 степени км.) Возраст Галактики неизвестен, но минимально равен возрасту Земли. Вселенная – скопление Галактик, которые образуют своеобразный архипелаг, где облака Галактик группируются в скопления. Существующий каталог MCG Галактик Вселенной, который содержит 30 тыс. Галактик (Морфологический каталог Галактик). Размер Галактики: диаметр 100000 световых лет, а толщина от 7 до 10 тыс. световых лет. Это эллипсоид вращения. В центре – ядро. Кроме нашей Галактики существует большое множество других Галактик. Всё это множество и образует Вселенную. Размер Вселенной лишён логического смысла, философия диалектического материализма предусматривает отсутствие границ Вселенной. (Л1) В нашей Галактике существует 100 млрд. (10 в 11 степени) звёзд, а  невооруженным глазом на небе можно видеть где-то около 6000 звёзд. Для измерения расстояний во Вселенной используют специальную единицу: астрономическая единица (а.е.) = 150 млн. км. (расстояние от Солнца до Земли). Свет это расстояние проходит за 500 сек. (8 мин. 20 сек.) Так расстояние от Солнца до самой дальней планеты солнечной системы – Плутона = 40 а.е. Расстояние до ближайшей к нам звезды “Проксима-Центавра” (Альфа-Центавра) примерно составляет 270000 а.е. или 4/3 пс. Парсек (пс) – это параллакс, возникающий при движении Земли вокруг Солнца или расстояние, с которого полуось земной орбиты, перпендикулярная к лучу зрения, видна под углом в одну угловую секунду. Эта величина впервые была замечена В.Я. Струве в 1837 г. для определения расстояния до звёзд от Земли. Пс равен 3,26 с.г. (3х10 в 13 степени км.). Александрийский учёный Гиппарх 2 тыс. лет тому назад установил 6 групп яркости звёзд. Самых ярких (1-ой степени) около 20. Звёзды 6 величины имеют яркость в 100 раз слабее. Современные телескопы позволяют разглядеть звёзды 24-ой группы, но их блеск (свет) слабее звёзд 1-ой величины в 2000 млн. раз. По яркости (силе света) наше Солнце относится к звёздам-карликам. Есть звёзды-гиганты, их свет в 500 тыс. раз сильнее солнечного или более (например, звезда S Золотой рыбы, у которой М=-8). М - видимая звёздная величина, если бы находилась она от нас на расстоянии D=10 пс (3х10 в 14 степени км.) Для Солнца М=5, более сильные по свечению звёзды, чем Солнце, имеют М отрицательную величии-ну. Солнце по спектру и температуре является жёлтой звездой с температурой 6000 гр. С. Солнце состоит из 5 зон (областей): ядро, зона конвекции, фотосфера, хромосфера, корона. С Земли видна только корона и если присмотреться, то и часть фотосферы имеют температуру 6000 гр. С  Это две зоны Солнца являются слоями газа. На фотосфере имеются пятна, они видны с Земли. Температура хромосферы равна 104 гр. С, а внутри зоны конвекции – 2,2 млн. гр. С. Причина высокой температуры верхней зоны фотосферы, а не холоднее, чем нижние, пока не выяснены. Радиус Солнца от ядра до поверхности 700 тыс. км. при радиусе ядра 173 тыс. км. Масса Солнца почти равна суммарной массе всех планет солнечной системы. Годичный путь Солнца по небесной сфере носит название эклиптика. Эклиптика пролегает через 12 зодиакальных созвездий. Для навигации надо знать и определять их на небосклоне 58 звёзд, которые входят в 38 созвездий, а для общей ориентации необходимо уметь определять положение на небосклоне хотя бы 5: Южный крест, Кассиопия (кривая W), Орион, Большая и Малая Медведица. Луна, которая является спутником Земли, всегда повёрнута к своей планете одной и той же стороной. Обратную сторону Луны с Земли видеть невозможно. Период обращения Луны вокруг Земли относительно

                - 3 -

звёзд носит название звёздный месяц (сидерический) и равен 27,3 земных суток. Период обращения Луны вокруг Земли относительно Солнца называется синодический месяц и равен 29,5 суток. Фазы Земли и Луны взаимно противоположны. В северном полушарии Луна вращается вокруг Земли против часовой стрелки от новолуния (фаза 1). Через 7 дней – первая четверть (фаза 2), через 8 дней–полнолуние (фаза 3), через 7 дней–последняя четверть (фаза 4) и через 7 дней опять новолуние. Весь лунный цикл 29 дней. В полнолунии вечером Луна видна на востоке, в полночь на юге, утром на западе. При первых трёх фазах Луна растущая и она всегда находится в западной части небосклона. При остальных фазах – убывающая. (Л1)               
        Возраст Земли–5,4 млрд. земных лет или 20 космических лет. Образовалась Земля из рассеянного в протосолнечной системе газового вещества. Средний радиус Земли составляет 6371,032 км. Древнейшие породы в настоящее время находятся в Западной Гренландии (3,8 млрд. лет). Земля состоит из отдельных составляющих: ядра (в центре), мантии, земной коры, гидросферы, атмосферы и магнитосферы. (Л2,3) Радиус ядра (внутренняя часть его - твёрдое тело из железа и никеля) составляет 3471 км. Мантия – жидкая субстанция. Земная кора - от нескольких км. до 100 км. Вообще же земная кора представляет  собой тонкую скорлупу, в то время как мантия распространяется в глубину на 45% земного радиуса. И тем не менее, даже в наше время современному человеку удалось проникнуть вглубь Земли как комару в кожу человека (максимально около 10 км.). В составе Земли преобладает железо (34.6%), кислород (29.5%), кремний (15.2%), магний (12.7%). Земная кора, мантия и внутренняя чаять ядра твердые (внешняя часть ядра считается жидкой). От поверхности Земли к центру возрастают давление, плотность и температура. Температура ядра 5000 гр. С. (Л4) Основные типы земной коры - материковый и океанический, в переходной зоне от материка к океану развита кора промежуточного строения. Большая часть Земли занята Мировым океаном 361.1 млн. кв. км. (70.8%), суша составляет 149.1 млн. кв. км. (29.2%), и образует шесть материков и острова. Она поднимается над уровнем мирового океана в среднем на 875 м. (наибольшая высота 8848 м. - гора Джомолунгма), горы занимают свыше 1/3 поверхности суши. Пустыни покрывают примерно 20% поверхности суши, леса - около 30%, ледники - свыше 10%. Средняя глубина мирового океана около 3800 м. (наибольшая глубина 11020 м. - Марианский желоб (впадина) в Тихом океане). Объем воды на планете составляет 1370 млн. куб. км., средняя соленость 35 г/л. Масса нашей планеты, найденная путем экспериментальных измерений физической постоянной тяготения и ускорения силы тяжести на экваторе. Она составляет 6х1024 кг., что соответствует средней плотности вещества 5,5 г./куб. см. Атмосфера Земли состоит из воздуха – смеси, в основном, азота (78.08%) и кислорода (20.95%), остальное - это водяные пары углекислого газа, а также инертный и другие газы. Состав его почти везде одинаков и благодаря перемешиванию сохраняется до высоты 90 - 100 км., а выше преобладают более легкие газы. Вследствие фотохимиических реакций на высоте 20-30 км. образуется слой повышенного содержания озона (О3-озоновый экран), который задерживает губительную для живых организмов ультрафиолетовую радиацию. Около 1200 млн. лет назад появились первые водоросли, а примерно 450 млн. лет назад - первые высшие растения. Беспозвоночные животные появились в эдиакарском периоде, а позвоночные - во время кембрийского взрыва около 525 млн. лет назад. После кембрийского взрыва было пять массовых вымираний. Вымирание в конце пермского периода (около 300 млн. лет назад), которое является самым массовым в истории жизни на Земле привело к гибели более 90 % живых существ на планете. 250 млн. лет тому назад на планете было

                - 4 -

гораздо теплее. На месте нынешней Сибири стали извергаться вулканы. (Л5) Вместе с лавой извергались газы, в том числе и углекислый, создавая парниковый эффект. Вокруг Земли создавалась оболочка, поглощая солнечную энергию. Температура на Земле поднялась на 12 градусов, увеличилась и температура океана. Вода океана двигалась от экватора к полюсам, там остывала и как более тяжёлая уходила вглубь, затем возвращалась из полярных областей к экватору. Холодная вода более плотная, солёная – более тяжёлая. На полюсах вода опускается вниз, на экваторе – поднимается вверх. Так создался Великий океанский конвейер. При повышении температуры океана излишки газа (в том числе и кислорода) из воды переходят в атмосферу, а оставшихся газов недостаточно для жизни животных. Океанский конвейер стал причиной массового вымирания животного мира. Протяжённость Великого океанского конвейера – 96 тыс. км. В результат единственный континент Земли Пангея стал необитаемым. Потребовалось несколько тысяч лет, чтобы на Земле 90% всех видов животных вымерло. Но т.к. на планете вулканическая деятельность продолжалась, то в новых условиях начал приспосабливаться и животный мир. На это ушло 5 млн. лет и Великий океанский конвейер остановился. 220 – 200 млн. лет назад на Земле появились первые млекопитающие животные. Океанский конвейер инерционен, постепенно океан нагревается на экваторе и охлаждается на полюсах и в наше время. Парниковый эффект от энергетической деятельности соизмерим с взрывом двух млн. атомных бомб. Предстоит вымирание отдельных видов рыб. Но если в океане движение остановится, то прекратится и жизнь.  Последний ледниковый период начался примерно 40 млн. лет назад, его пик приходится на плейстоцен около 3 млн. лет назад. В настоящее время максимальная температура поверхности суши + 58гр.С (в тропических пустынях Африки и Северной Америки), минимальная - около -+ 90гр.С (в центральных районах Антарктиды). Около 3-3.5 млрд. лет назад в результате закономерной эволюции материи на Земле возникла жизнь, началось развитие биосферы. Человек появился на Земле менее 3 млн. лет назад. Высокий темп роста населения Земли (275 млн. человек в 1000 г., 1.6 млрд. - в 1900 г. и примерно 6.3 млрд. - в 1995 г.) и усиление влияния человеческого общества на природную среду. Первоначально образуется единый суперконтинент Пангея (2,7 – 2,3 млрд. лет), которому противостоит суперокеан Панталасса. Охлаждение коры и литосферы (2,3 – 1,5 млрд. лет) приводит к распаду суперконтинента на блоки микроплиты, пространства между которыми заполняют осадки и вулканы. В результате возникают складчато-надводные системы и образуется новый суперконтинент – Пангея I. Затем формируются два суперконтинента: Гондвана, куда вошли Южная Америка, Африка, Мадагаскар, Индия, Австралия Антарктида, и Лавразия, включающая Северную Америку, Гренландию, Европу и Азию (кроме Индии). Гондвану и Лавразию раздело море Титс. Со временем этих литосферных плит стало 13. Толщины этих литосферных материковых плит около 100 км. Восточно-Европейская плита, на которой находится Россия толщиной 40 км. Её центральная часть приходится на Москву. Землетрясения происходят в тех местах, в основном, где соприкасаются плиты, также волнения всей толщи океанских вод вызывают землетрясения, извержения вулканов, приливообразующие силы. Так, подводные землетрясения и извержения вулканов становятся причиной цунами, распространяющихся со скоростью более 700 км./час. В открытом океане длина цунами оценивается в 200-300 км. при высоте около 1 м., что обычно незаметно для судов. У берегов высота волны цунами увеличивается до 30 м., что вызывает катастрофические разрушения.  Литосферные плиты движутся относительно друг друга несколько см./год. Самая низкая скорость у евразийской плиты - 

                - 5 -

21 мм. в год. Через 500 млн. лет плиты сольются в один суперконтинент с центром в Северной Америке. В настоящее время выделяют два источника тепла Земли-Солнца и недра Земли. Прогревание Солнцем распространяется на глубину, не превышающую 28-30 м. На некоторой глубине от поверхности располагается пояс постоянной температуры, равной среднегодовой температуре данной местности. Так, в Москве на глубине 20 м. наблюдается постоянная температура, равная +4,2°С, а в Париже +11,83°С на глубине 28 м. Ниже пояса постоянной температуры наблюдениями в шахтах, рудниках, буровых скважинах установлено повышение температуры с глубиной, что обусловлено тепловым потоком, поступающим из недр Земли. В Кольской скважине на глубине 11 км. зарегистрирована температура около 200 °С. Источники внутренней тепловой энергии Земли еще недостаточно изучены. Кольская сверхглубокая скважина (СГ-3) одна из самых глубоких буровых скважин в мире. Находится в Мурманской области в 10 километрах к западу от города Заполярного, на территории Балтийского щита. Её глубина составляет 12 262 м. Основными источниками тепла считаются распад радиоактивных элементов (урана, тория, калия и др.). В среднем за год на Землю выпадает 1130 мм. осадков, из них почти половина - в экваториальных широтах. В направлении от экваториальных широт к тропическим количество осадков убывает. В умеренных широтах их количество снова увеличивается, в полярных - убывает. Над океаном осадков выпадает больше, чем над сушей. В процессе мирового круговорота воды происходит постепенное ее обновление во всех частях гидросферы. Причем подземные воды обновляются за сотни, тысячи и миллионы лет, полярные ледники - за 8-15 тыс. лет, воды Мирового океана - за 2,5-3 тыс. лет, реки - за 11-20 суток. (Л6)  Абсолютный максимум осадков зарегистрирован в Черапунджи (Индия) - 26 461 мм/год, абсолютный минимум - в пустынях Атакама и Ливийская, где осадки выпадают не каждый год. Черапунджи - небольшой город в индийском штате Мегхалая. Город с населением 10 тыс. человек расположен на плато Шиллонг, севернее границы с Бангладеш на высоте 1313 м. над уровнем моря. Там выпадает самое большое количество осадков в месяц - 9299 мм. Ливийская пустыня в Северной Африке, северо-восточная часть Сахары. Площадь её около 2 млн. кв. км. На западе ограничена лавовым массивом Эль-Харудж-эль-Асвад, на юго-востоке нагорьем Тибести и плато Эннеди, на востоке долиной Нила. Находится на территории Ливии, Египта и Судана. Зафиксирована самая высокая температура на планете + 57,7 гр. С (г. Эль-Азизия), средняя температура зимой + 12 гр. С, летом + 35 гр. С, при влажности 25%, в год выпадает 50 мм. осадков, имеются впадины до 130 м. ниже уровня океана и песчаные дюны высотой в 140 м. Эта пустыня мало изучена. Большую часть Северной Африки занимает пустыня Сахара. Это величайшая пустыня земного шара, её площадь составляет около 8 млн. км2, больше всей Австралии, протянувшаяся от Атлантического океана до Красного моря на 6000 км. Сахаре принадлежат многие климатические рекорды: субтропический климат, зимой до – +18гр.С, летом поверхность земли может прогреваться до +80 °C, влажность 30 – 50%, осадков выпадает 50 мм. в год. Иногда за несколько лет вообще осадков не бывает. Отдельные места пустыни похожи на лунный или марсианский ландшафт. С климатической точки зрения Сахара превратилась в пустыню примерно 5 млн. лет назад. Пустыня Атакама находится на западном побережье Южной Америки, на территории Чили площадью105 кв. км. (как штат Нью-Йорк). В отдельных местах пустыни 400 лет не было дождей, разряжённая обстановка, сильная солнечная радиация, в среднем в год выпадает не более 10 мм. осадков в год. В СНГ в районе озера Каракуль на Памире выпадает 40 мм. осадков в год, меньше чем в пустыни Каракум.   
       
                - 6 -

        Под действием сил притяжения Луны и Солнца возникают приливы и отливы. Особенно заметны приливы, вызываемые Луной. Вследствие вращения Земли приливные волны перемещаются навстречу ее движению - с востока на запад. Там, где проходит гребень приливной волны, возникает прилив, сменяющийся отливом. В зависимости от условий приливы могут быть полусуточные (два прилива и два отлива за лунные сутки), суточные (один прилив и один отлив за сутки) и смешанные (суточные и полусуточные приливы сменяют друг друга). Солнечные приливы в 2,17 раза меньше лунных. Лунные и солнечные приливы могут слагаться и вычитаться. Величина и характер морских приливов зависят от взаимного положения Земли, Луны и Солнца, от географической широты, глубины моря, формы береговой линии. В открытом океане высота прилива не более 1 м, в узких заливах - до 18м. Приливная волна проникает в некоторые реки (Амазонка, Темза) и, быстро перемещаясь вверх по течению, образует водяной вал высотой до 5 м. Отбойные береговые течения очень опасны. В США на Гавайских островах (самый северный Кауай) максимальное отбойное течение от берега к центру. Это явление является причиной гибели более 100 человек в год. В залив Мортон на Северо-западном побережье Англии перепад уровня воды составляет около 9 м. Во время слива воды обнажается 310 кв. км. дна. Туристы приезжают погулять по этому дну. Но, когда начинается прилив, вода по ложбинам быстро заполнят дно и отрезает туристов от берега. Скорость воды пребывания достигает скорости лошади в галоп, бегом не спастись. И это не просто вода, это песок и донне осадки. 3 кв. м. воды со скоростью 16 км/час. Оказаться, что на их пути – это тоже самое, что находиться на ветру при его скорости 400 км./час. Вода окружает Вас, закручивает и топит. Возникают две силы: силы притяжения Луны и Солнца. Земля и Луна вращаются и там где скопление воды происходит  прилив, а где остаток – отлив, а так как такое же явление будет наблюдаться и с противоположной стороны Земли, то явление прилива – отлива будут наблюдаться дважды за 24 часа, а не единожды. Приливы и отливы предсказуемы, как восход и заход Солнца. Нельзя выходить без сопровождающего, знающего эти явления. Но люди нарушают порядок и гибнут. В феврале 2004 г. приближалось полнолуние и должен быть максимальный прилив, тогда погибли китайцы-эмигранты, собирающие малюсков. Они жили нелегально в 1,5 км. от берега, был сильный ветер, прилив залил 310 кв. км. берега. Вода в заливе Нортон прибывает со скоростью 2 м./час, температура воды в феврале + 6гр.С , человек в такой температуре может максимально находиться не более 1,5 часа. Это была ночь, погибло 23 китайца. Чем глубже вода, тем выше скорость прилива. В Китае на реке Янтен самая высокая приливная волна. Местные жители называют такой прилив – чёрным драконом. На многих реках, но не на всех, куда заходит прилив, наблюдается особенное явление, случающееся при распространении прилива: вверх по реке, называемое по-английски - бор. Особенно сильный бор наблюдается в устье р. Цяньтанцзян, в Китае, впадающей в залив Ханчжоувань. Здесь бор в сизигии (это, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют вдоль одного направления) достигает 3,4 м. высоты при скорости 15 км/час. На Амазонке бор достигает в сизигии 3,5-4,5 м. и распространяется по реке на 300 км. На Ганге бор силен, в рукаве его дельты Хугли иногда он доходит до 2 м. (Л7)  Один из самых высоких приливов происходит на Охотском море в Пенжинской губе, где высота приливных волн достигает 13,4 м.
               
                Материал подготовил   Львов Ю.М.  25.11.2015

   
                - 7 -

        20.07.13 была составлена первая редакция этого материала. Нынешний
материал  дополнен новыми сведениями и отредактирован, немного изменено название.

       Литература:

1. Б.А. Воронцов-Вельяминов Астрономия, учебник для 10 класса. Москва  ”Просвещение”, 1975 г.
2. В. Бондарев Концепции современного естествознания. Библиотека “Гумер-Наука” 2012 г.
3. ТВ, 5 канал, 25.05.2013, 11-00. Беседа с Соловьёвым А.А. и Лобковским Л.И.
4. А.С. Монин История Земли. Москва, 1977 г.
5. Г.И. Немков м др. Историческая геология. Москва, 1974 г.
6. В.В. Суркова Реферат “Строение Земли”. ИНЭП, 2007 г.
7. Приливы и отливы – Википедия. 2013 г.