Історія нашої планети була вельми бурхливої, і далеко не завжди вона була настільки затишна і гостинна, як сьогодні. Планета Земля - дуже активний світ, що знаходиться в безперервному розвитку. Змінюються, хоч і повільно, обриси континентів і океанів, іншим стає клімат. Ще більш динамічна в своєму розвитку біосфера - жива оболонка нашої планети. В останні тисячоліття на Землі з'явився інший фактор, кардинально впливає на її вигляд - людина. Але це окрема тема, і перш ніж перейти до неї, слід дати загальний опис планети і місця, яке вона займає у Всесвіті, і в якій галактиці знаходиться.
Земля в масштабах космосу або наш астрономічний адреса
Ми знаходимося в одній з численних галактик під назвою Чумацький шлях. У ній налічується близько 200 млрд. Зірок різних типів, вона має форму спіралі, яка повільно обертається навколо свого центру.
Сонце не займає центрального положення. Воно знаходиться в одній з гілок галактичної спіралі - поясі Оріона. Відстань від зірки до центру Чумацького шляху становить 26 тис. Світлових років.
Сонце - це єдина зірка нашої системи. За астрономічної класифікації вона відноситься до типу жовтих карликів, і в основному складається з водню і гелію. У його складі присутні і інші елементи, але їх небагато. За космічними мірками, наше світило - це цілком пересічна зірка. Їх число навіть у видимій частині всесвіту дуже велике. У надрах Сонця безперервно протікають термоядерні реакції, при яких водень перетворюється в гелій і виділяється велика кількість енергії, завдяки чому і можливе життя на планеті Земля.
Виникнення життя на нашій планеті стало можливим завдяки щасливому збігу цілого ряду обставин. Серед них: значна маса, достатня для утримання захисного шару атмосфери, наявність магнітного поля, що захищає різні форми життя від згубної космічної радіації і наявність великої кількості води на планеті Земля. Однак головна унікальність нашої планети - це її орбіта. Саме "вдале" відстань до Сонця створює сприятливі умови для життя на планеті Земля. Якщо воно було на кілька відсотків більше або менше, то, ймовірно, живі організми на ній так би і не з'явилися. Крім того, Земля є єдиною планетою в Сонячній системі з такими величезними запасами води, без якої виникнення життя було б неможливим. Вчені сперечаються, звідки вона взялася, і чому цього не сталося на Марсі і Венері - найближчих планетах до Землі.
Рух планет відбувається практично по кругових орбітах, які утворюють майже плоский диск, званий площиноюекліптики. Особливості обертання Землі і нахил її осі визначає зміну пори року.
Сусіди планети Земля - Венера і Марс. Апарати, створені людиною, вже висаджувалися на цих космічних тілах, в даний час йде активне вивчення Марса. Відразу кілька держав планують відправити на планету космонавтів. Найближча до Землі планета - Венера, вона являє собою неживий розпечений куля, де температура на поверхні може досягати позначки плавлення свинцю.
Земля має один природний супутник - Місяць. До теперішнього моменту - єдине небесне тіло, куди ступала нога людини. Це кам'янистий шар, в достатку покритий кратерами, який рухається навколо Землі по еліптичній орбіті. Місячне обертання визначає чергування припливів і відливів в океанах нашої планети. На Місяці були виявлені сліди води, можлива вона як і Земля була населена.
Останнім часом Місяць і Марс присутні в новинах космонавтики. Передбачається, що людство зможе побудувати постійну станцію на нашому природному супутнику і відправити експедицію на Марс. Станеться це вже в наступному десятилітті. Вчені сподіваються знайти хоча б сліди органічного життя на Марсі.
Загальний опис планети Земля
Отже, наша планета - це невеликий кам'янистий кульку, частково покритий водою, розташований на третьому місці від Сонця. Які ж реальні розміри планети Земля?
Її середній радіус становить 6371 км, а площа поверхні - 510 072 млн. Км², з яких вода займає 361 132 млн. Км², а суша - 148 940 млн. Км². Діаметр планети Земля - 12 742 км.
Насправді Земля - це не куля. Так просто прийнято вважати. Реальна форма планети - сфероид, кілька "приплющений" на полюсах і "витягнутий" в районі екватора.
Загальна вага планети Земля дорівнює 5,9726 · 1024 кг., Що становить 81,3 маси Місяця, 0,0583 маси Нептуна і 0,00315 маси газового гіганта Юпітера. Середня щільність речовини нашої планети - 5,5153 г / см ³. Швидкість обертання Землі на екваторі становить 1674,4 км / ч.
Наша планета в основному складається з кількох елементів: заліза (32,1%), кисню (30,1%), кремнію (15,1%) і магнію (13,9%). При цьому переважна частина заліза знаходиться в ядрі Землі (88%). У земній корі найбільше кисню - 47%.
Прискорення вільного падіння дорівнює 9,780327 м / с?. Для виходу на орбіту Землі об'єкт повинен розвивати швидкість 7,91 км / с, а для подолання її тяжіння - 11,186 км / с.
Географи ділять поверхню Землі на кілька півкуль. Кордоном Північної і Південної півкулі є екватор, а Східного і Західного - 180-й і Гринвичский меридіани.
Учені розрізняють кілька оболонок або геосфер нашої планети:
- атмосферу;
- гідросферу;
- літосферу;
- біосферу.
Іноді окремо від літосфери або твердої оболонки планети виділяють піросферу, яка знаходиться нижче рівня земної кори, вона відрізняється значними температурами і розплавленим вмістом. В якості окремої оболонки розглядається ядро Землі, розташоване в самому центрі планети і має унікальний склад і характеристики.
Історія Землі або як формувався наш великий будинок
Сонячна система утворилася приблизно 4,5 млрд років тому з величезної хмари газу міжзоряного пилу. До його складу входили водень і гелій, утворені в результаті Великого вибуху, і більш важкі елементи, що виникли в надрах наднових зірок.
Під дією сил інерції і гравітації ця хмара стало стискатися, утворюючи перші планети нашої системи, в тому числі і Землю. Вчені вважають, що процес первинного формування планети Земля зайняв кілька десятків мільйонів років. Вони вважають, що Місяць з'явився дещо пізніше, в результаті дотичного зіткнення планети з іншим потужним небесним тілом.
Удар величезної сили відірвав від Землі частина її мантії і виштовхнув цей шматок на орбіту, де пізніше під впливом сил гравітації сформувалася сучасна форма супутника.
У той час космічний простір навколо нашої планети було заповнене величезною кількістю невеликих небесних тіл, які постійно бомбардували її поверхню, розігріваючи її, а також збільшуючи розмір протопланети. Температура молодої Землі була досить висока для розплавлення металів і мінералів, важчі з них опускалися, що призвело до утворення легкої кори і щільного земного ядра. Спочатку поверхню Землі представляла собою океан розплавленої магми, глибиною до декількох кілометрів. Високу температуру поверхні довгий час підтримував розпад радіоактивних елементів, таких як уран і торій.
Вулканічні гази утворили першу атмосферу новонародженої планети, її поверхня стала поступово охолоджуватися. Приблизно 4,4 млрд. Років тому велика частина поверхні планети вже представляла собою тверду кору і на ній з'явилася вода. Земля поступово перетворилася в водний світ: вже чотири мільярди років тому до 90% її поверхні було покрито первинним океаном. Однак цей світ важко назвати затишним і гостинним: повітря атмосфери практично повністю складався з вуглекислоти, і його температура досягала 200 ° С, а атмосферний тиск був настільки великий, що просто розчавило б людини.
Ми любимо повторювати: "Наша блакитна планета Земля", але до сих пір незрозуміло, звідки на планеті взялося така велика кількість води. Це одна з численних загадок планети Земля. Дане питання має фундаментальне значення для виникнення життя, але суперечки навколо нього не вщухають. Існує кілька теорій, як утворилася вода на нашій планеті. Згідно з однією з них, вода була занесена на Землю астероїдами і метеоритами, які в достатку падали на її поверхню мільярди років тому. Геофізики ж припускають, що вона зародилася на нашій планеті в результаті хімічних процесів, що протікають в її надрах. Дві ці гіпотези не суперечать один одному. Можливо, що частина води прибула до нас з космосу разом з астероїдами, а інша утворилася на місці.
3 млрд. 400 млн. Років тому з моря почали підніматися перші материки. Виверження вулканів сформували нову гірську породу - граніт, який став основою материкової земної кори. Епоха панування океану підійшла до кінця, настав час суші.
Разом з першими океанами з'явилися добре прогріті і освітлені сонцем мілини, які стали колискою життя на планеті Земля. В даний час існує декілька теорій, як саме це сталося і вчені поки не можуть прийти до єдиної думки. Виникнення життя - це ще одна із загадок планети Земля.
Загальними предками всіх форм життя на нашій планеті були примітивні прокаріоти, спочатку не здатні до фотосинтезу. Потім на узбережжі з'явилися перші фотосинтетики - ціанобактерії, які поступово стали насичувати атмосферу киснем. Вчені вважають, що життя на планеті Земля виникла приблизно 3,5-3,9 млрд років тому. В цей же час планета "обзавелася" магнітним полем, що захистив атмосферу від руйнівної дії космічної радіації.
Протягом двох мільярдів років бактерії насичували океан киснем, який витрачався спочатку на окислення мільйонів тонн заліза, розчиненого у воді. Після чого цей газ почав надходити в атмосферу, і наша планета перетворилася: зелені океани, втративши залізо, стали синіми, а небо - блакитним. Це сталося приблизно 1,5 млрд. Років тому.
Близько 1,1 млрд. Років тому утворився перший земний суперконтінет - Родиния. Поверхня його, швидше за все, нагадувала сучасну Сахару - сумне і пусте місце без будь-якої рослинності або інших ознак життя. Утворення цього континенту призвело до першого і наймасштабнішого оледенению в історії нашої планети. Родини заблокувала теплі течії до полюсів, і весь світ на мільйони років покрився льодом. Температура опустилася до - 40 ° С, а крижаний покрив океанів досягав кілометрової товщини. Даний катаклізм трапився приблизно 750 млн. Років тому. Відбувалася справжня загибель планети Земля.
Вулканічні процеси змогли розколоти Батьківщину і поступово обігріти планету. Вважається, що Земля остаточно прокинулася від крижаної сплячки тільки 580-560 млн. Років тому. Одноклітинні живі організми змогли пережити важкі часи, і тепер їх подальший розвиток нічого не стримувало. Почався так званий Кембрійські вибух.
Цим терміном називають різке збільшення різноманіття життя, яке відбулося приблизно 550-540 млн. Років тому. Кембрій взагалі займає особливе місце в історії життя на нашій планеті. У цей період з'явилися багато сучасних типи організмів, у тварин розвинувся міцний панцир, вони обзавелися органами зору і зубами. Насичення атмосфери киснем призвело до утворення в ній нового шару - озонового, надійного захисту органічного життя від убивчого сонячного ультрафіолету. Тепер можна було починати освоювати сушу.
У Ордовик життя на планеті Земля вперше вибралася на сушу. Це були примітивні лишайники, а деякі з членистоногих відкладали на берегах ікру. У силурійського періоду остаточно сформіровиваются хребетні тварини, наявність жорсткого хребта відразу ж забезпечило їм значних еволюційних переваги.
Активне підкорення суші сталося в наступному, девонського періоду. Він почався 417 млн. Років тому. В цей час на поверхні планети з'явилися перші ліси, що складаються з примітивних папоротей і хвощів. Від членистоногих відбрунькувалися потужна еволюційна гілка - комахи, які дуже швидко поширилися по всій планеті. У Девоні свій перший крок на суші зробили і хребетні - амфібії. В кінці цього періоду в водоймах з'явилися перші кісткові риби.
Кам'яновугільний період (354-290 млн. Років) - це царство комах, амфібій і величезних хвощів і папоротей. В цей час на Землі було дуже жарко і волого, а концентрація кисню в повітрі значно перевершувала нинішню. Завдяки таким умовам деякі комахи того часу мали гігантські розміри. Вважається, що саме кам'яновугільний період подарував людству основні запаси вугілля та інших викопних вуглеводнів. Але цей геологічний період закінчився черговим глобальним заледенінням, яке почалося приблизно 290 млн. Років тому.
У Пермський період (290-248 млн. Років тому) клімат планети став більш сухим і прохолодним. Місце амфібій на суші зайняли рептилії, з'явилися перші хвойні рослини. Однак знаменита Перм чи не цим: в її кінці сталась наймасштабніша і найбільш катастрофічне вимирання живих організмів за всю історію планети. Загинуло близько 95% видів, що мешкали на поверхні суші і в океанах. Найімовірніше, що апокаліпсис планетарних масштабів викликало величезне виверження траппов на території сучасної Сибіру. Майже вся вона перетворилася в озеро розпеченої магми. Причому ці вулканічні процеси тривали приблизно 1 млн. Років, в атмосферу було викинуто величезну кількість газів, які привели до початку вулканічної зими.
Ми не знаємо, чому сталося колосальне пермський виверження. Його можна назвати однією з численних загадок планети Земля. Однак ця подія повністю перетворило її вигляд. Утворився новий суперконтинент Пангея, різко змінився газовий склад атмосфери, іншим став клімат.
Істоти, які змогли пережити жахливу катастрофу, еволюціонували в дивовижних тварин - динозаврів. Ці створіння домінували на нашій планеті протягом 160 млн. Років, вони освоїли не тільки сушу, але і водну, і повітряне середовище. Вага деяких динозаврів досягав 150 тонн, а довжина - 50 метрів. Динозаври царювали на планеті протягом усього мезозойської ери (248 - 64 млн. Років тому), але велетенські розміри не змогли врятувати їх від нової глобальної катастрофи, яка прийшла на Землю з космосу.
Спори щодо причин вимирання гігантських рептилій тривають досі, але головною з них вчені вважають падіння гігантського метеорита в районі сучасного Мексиканської затоки. Цей катаклізм на довгі роки занурив планету в вулканічну зиму і привів до зникнення 70% живих організмів.
65 мільйонів років тому почалася кайнозойської ера, в якій ми живемо і сьогодні. У цей період продовжився дрейф літосферних плит, і поступово карта світу прийняла знайомі всім обриси. У тваринному світі місце динозаврів зайняли ссавці, що мали в порівнянні з ящерами значних еволюційних переваги. Домінуючим класом рослин стали квіткові або покритонасінні. Найважливішими подіями кайнозойської ери є ще одне заледеніння і поява людини розумної.
Атмосфера - повітряна оболонка Землі
Атмосфера - це одна з геосфер нашої планети, оболонка, що складається з газів, які оточують Землю. Вона безпосередньо контактує з космічним простором. Атмосфера визначає клімат і погоду на нашій планеті. Саме атмосфера багато в чому забезпечує сприятливі умови для життя на планеті Земля.
Слід розуміти, що провести чітку межу атмосфери досить складно: вона переходить в космічний простір поступово, на висоті від 500 до 1 тис. Км. При цьому Міжнародна авіаційна федерація вважає верхньою межею атмосфери рубіж у 100 км, а американське агентство НАСА - 122 км.
Атмосфера Землі складається з газів, а також різних домішок, типу пилу, продуктів горіння, крапельок води і кристалів льоду. Концентрація газів є практично постійною величиною. Однак є й винятки: так, наприклад, початок індустріальної революції призвело до постійного зростання в повітрі вуглекислого газу.
Основна частина повітря (понад 78%) - це азот, на 20% він складається з кисню, майже 1% припадає на аргон, ще один відсоток займають вуглекислий газ, метан, гелій, ксенон, водень, криптон. Крайне важна концентрация диоксида углерода (CO2), потому что этот вещество - как и метан - относится к парниковым газам, увеличение содержание которых вызывает разогрев атмосферы. Глобальное потепление - это серьезнейшая проблема, стоящая перед современным человечеством.
Следует отметить, что Земля является единственной планетой с таким большим содержанием кислорода в атмосфере. С одной стороны, этот газ - продукт жизнедеятельности живых организмов, а с другой, жизнь на планете Земля без кислорода была бы невозможна.
Земная атмосфера состоит из следующих слоев:
- тропосфера;
- стратосфера;
- мезосфера;
- термосфера;
- экзосфера.
Между этими слоями расположены переходные зоны с переходными свойствами.
Все растения и животные, а также население планеты обитает на дне самого нижнего слоя атмосферы - тропосфере. Она простирается до высоты 16-18 км в южных широтах. В этом слое сосредоточена бо́льшая часть воздуха и водяного пара.
Стратосфера начинается на уровне 16-20 км и продолжается до высоты 50 км. В ней летает большинство авиалайнеров, также именно в стратосфере находится уникальный озоновый слой, защищающий все живое на планете от солнечного ультрафиолета.
На высоте 50 км начинается мезосфера, она простирается до высоты 80 км.
Между 80 и 700 км расположена термосфера, в которой проходит линия Кармана - официальная граница между атмосферой и космосом. Она находится на уровне 100 км.
На высоте 700 км уже экзосфера, доходящая до высоты 1 тыс. км. Воздух здесь сильно разряжен, его молекулы постепенно утекают в космическое пространство. В этом слое вращаются метеорологические спутники.
Гидросфера - жидкая оболочка планеты
Гидросферой называют водную оболочку Земли, в которую входит Мировой океан, реки, озера и водохранилища, подземные воды, а также вода, находящаяся в замороженном состоянии в составе ледников.
Земля является единственной известной планетой с таким огромным количеством воды на поверхности. Ее общий объем составляет 1,39 млрд км3. Подавляющая часть воды (более 96%) находится в морях и океанах, которые покрывают 71% поверхности нашей планеты. Средняя глубина Мирового океана составляет 3,8 тыс. метров. Самой глубокой его точкой считается Марианская впадина - 10 994 метров.
Любопытно, но пресная вода на поверхности суши - всего лишь 0,02% от общих запасов гидросферы, поэтому ее нехватка - это одна из самых острых мировых проблем современности.
Вода осуществляет сложный круговорот из одной части гидросферы в другую. В нем принимают участие другие геооболочки нашей планеты - атмосфера, литосфера и биосфера.
Твердая оболочка планеты Земля
Недра планеты имеют сложную структуру, состоящую из твердой коры, вязкой и жидкой мантии и очень плотного ядра. Кроме того, геологи выделяют у нее нескольких слоев:
- литосферу;
- астеносферу;
- мезосферу;
- внешнее и внутреннее ядро.
Литосфера - это твердая оболочка Земли, в состав которой входит земная кора и верхняя часть мантии до астеносферы. Существует два типа литосферы: континентальная и океаническая. Последняя имеет незначительную толщину, всего 5-10 км, кора континентальная типа простирается ниже поверхности на 80-100 км.
Литосфера разделена на литосферные плиты, которые подходят друг другу, как части головоломки. Они постоянно движутся, благодаря чему и происходит дрейф континентов. Подобным процессом вызвана тектоническая активность, которая проявляется в виде извержений вулканов, землетрясений, горообразования.
Астеносфера (100-700 км) находится на самой границе мантии и литосферы. Эта оболочка пластична, что позволяет литосферным плитам "ездить" по ней. Астеносфера, как и мезосфера, образуют мантию нашей планеты. Высокие температуры и колоссальное давление мантии делает горные породы пластичными и поддерживает постоянные конвенционные потоки от ядра к коре.
К сожалению, у нас мало точных данных относительно процессов, происходящих в земных недрах. Самая глубокая из пробуренных человеком скважин едва достигает 15 км - ничтожная величина по сравнению с тысячами километрами земной окружности. По понятным причинам мы не можем отправить вглубь Земли исследовательские аппараты и технику, поэтому ученым приходится довольствоваться косвенной информацией.
В центре нашей планеты находится плотное и раскаленное ядро, состоящее из никеля, железа и других тяжелых элементов. В настоящее время ученые различают внешнее жидкое ядро и внутреннее твердое. Температура в его центре достигает 6000 °С, что немногим меньше, чем на поверхности Солнца.
Ядро выполняет еще одну важнейшую функцию - его вращение создает магнитное поле Земли, которое защищает нас от убийственной солнечной радиации. По сути, планета - это огромный двухполюсный магнит. На Марсе, например, магнитного поля нет, и солнечный ветер за миллионы лет постепенно "выбил" атмосферу этой планеты, сделав ее абсолютно бесплодной. Ученые считают, что это одна из главных причин отсутствия жизни на красной планете.
Биосфера - живая оболочка Земли
Биосфера - оболочка планеты, заселенная живыми организмами, под этим термином подразумевается глобальная экосистема нашей планеты. Это часть Земли, на которой обитают различные формы жизни, и происходит воздействие их продуктов метаболизма.
Биосферу еще называют "пленкой жизни", данное определение, как нельзя лучше, иллюстрирует распределение и масштаб биосферы. Это действительно тонкая пленочка, покрывающая стык атмосферы, гидросферы и литосферы. Несмотря на скромные размеры, значение биосферы для нашей планеты огромно: живые организмы начали преобразовывать Землю практически сразу после своего появления. Биосфера - это могучий геологический фактор.
В настоящее время на Земле насчитывается более 3 млн. видов растений, животных, микроорганизмов, грибов и водорослей. Человека также принято считать частью живой оболочки, но его хозяйственная деятельность - вернее, ее масштаб - уже давно вышла за ее рамки. Население Земли сейчас составляет около 7,5 млрд. человек.
Верхней границей биосферы считается высота 15-20 км. Выше в атмосфере организмы практически не живут: мешает низкая температура, разреженный воздух и высокий уровень ультрафиолетового излучения. В литосфере нижняя граница распространения жизни проходит примерно на глубине 5-7 км. Здесь ограничивающими факторами являются высокая температура и давление. Да и то на подобных глубинах живут немногочисленные "экстремалы", большинство форм жизни предпочитают верхний слой почвы. В гидросфере жизнь распространилась до самых мрачных глубин Мирового океана. Но подавляющая часть биомассы моря приходится на его верхние слои с большим количеством солнечного света и кислорода.
Биосфера активно участвует в круговороте веществ и энергетических потоках в природе. Энергия Солнца, попадая на Землю, частично аккумулируется растениями и другими фотосинтезирующими организмами. В дальнейшем часть ее запасается в торфе, угле и нефти, идет на выветривание горных пород, на создание пород осадочного происхождения. Живые организмы также участвуют в круговороте СО2, Н2О, О2, многих других химических элементов. Типичным примером воздействия живых организмов на неживую материю является образование почвы. В создании этого слоя принимают участие микроорганизмы, животные, растения, грибы.
Деятельность человека оказывает огромное влияние на биосферу. С каждым годом население увеличивается, что требует еще больше ресурсов и новых площадей под проживание, посевы, предприятия. Это приводит к уничтожению лесов, распахиванию степей, осушению болот. Наступление человека на природу стремительно уменьшает видовое многообразие, отходы нашей хозяйственной деятельности загрязняют воздух, почвы и воду. Такая ситуация приводит не только к разрушению экосистем, но и вызывает климатические изменения, последствия которых могут быть катастрофическими.
Наши предки считали планету живым организмом, называли "Мать-Сыра Земля", "Земля-матушка" и обожествляли ее. Согласно священным книгам, из земли было создано тело первого человека. И пускай подобные представления в высокотехнологичном XXI веке кажутся смешными и нелепыми, но человечество уже в ближайшие годы ожидают серьезные проблемы, если мы хотя бы не попытаемся думать схожим образом. В последние годы мы являемся свидетелями кардинального переворота в научных представлениях о строении, составе и жизни планеты, еще более удивительные открытия ожидают нас в будущем. Земля - это сложнейшая и высокоорганизованная система, требующая к себе бережного и рачительного отношения. Без понимания этого мы рискуем повторить печальную судьбу динозавров.
