Современное представление о происхождении планет солнечной системы и о строении Земли.
Лекция №2
План:
1. Понятие о солнечной системы.
2. Гипотезы о происхождении Земли и планет солнечной системы.
3. Строение Земли.
Ключевые слова:Солнечная система, Галактика, Млечный путь, Планеты, гипотеза, Галактические облака, силикаты, Орбита, Экватор, радиус, Геоид, гравитация, магма, мантия, ядро.
Солнечная система состоит из девяти (9) планет. Все планеты вращаются вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости и в одном и том же направлении по орбитам – эллипсам, очень близким к окружности. Кроме планет, к системе Солнца принадлежит множество мелких небесных тел – астероидов, а также ряд комет.
Солнце с его планетами входит в систему звёзд, объединяемых под именем Галактики. Основная масса этих звёзд расположена в кольце млечного пути. Диаметр Млечного пути – около 10 5 световых лет. Количество звёзд в Галактике - около 100 миллиардов. Солнце среди них занимает некоторое среднее место: имеется множество звёзд меньше, чем Солнце и множество больших, чем оно. Например, звезда Антарес в 113*10 6 раз больше Солнца.
Солнце лежит не во внешней части Млечного пути, а ближе к его центру. Вместе с остальными звёздами Солнце вращается вокруг центра Галактики: период обращения - около 224*10 6 лет. Другими словами, с начала палеозойской эры Солнце успело сделать лишь два полных оборота вокруг центра Галактики. По своей орбите Солнце движется со скоростью 285 км/сек.
Тщательное изучение физических и химических свойств звёзд, туманностей и других небесных объектов, а также Солнца учёные (В.Г. Фесенков) пришли к следующим выводам:
Химический состав планет Солнечной системы, а также Солнца говорит о том, что для образования планет и Солнца была необходима некоторая общая, единая среда. Планеты и солнце связаны между собой и не могут принадлежать различным исходным материальным системам. Все планеты Солнечной системы образовались примерно в одно и тоже время.
Возраст Земли как планеты , судя по возрасту древнейших минералов и материалов определяется приблизительно в 5 млрд. лет .Изучение Солнца, также как и звёзд, поддерживается ядерными реакциями, протекающими в его центральной части (переход Н в Не). Судя по скорости уменьшения количества Н, возраст Солнца также приблизительно 5 млрд. лет (однако существует мнение, возраст (Солнца значительно больше).
Входе своей эволюции, Солнце проходит ряд стадий характеризующиеся постепенным замедлением вращения и уменьшением массы и светимости, приближаясь в далёкой перспективе, к состоянию «белого карлика».
Земля, а также другие планеты формировались из какого- то общего с Солнцем источника сразу по всей своей массе, а не собиралась в результате длительного процесса из отдельных пылевых частиц (гипотеза О.Ю. Шмидта).
Во Вселенной встречаются различные по своим размерам и плотности Галактические облака достаточно большой массы разряжённой в пространстве материи. Переход такой массы («глобулы») в уплотнённом состоянии в сущности и есть проблема происхождения звёзд и Солнца, а также и планет. Подобные облака состоят в основном из водорода, в меньшей степени из гелия, и ещё в меньших количествах в них содержатся другие элементы.
Протопланетное облако по времени выделения из него планет должно было обладать сложной структурой, оно имело сплюснутую форму. Его плотность располагалась почти в плоскости Солнечного эквивалента. Потому плоскости планетных орбит близки друг к другу.
Г.В. Войкевич рассматривая вопрос о происхождении Земли обратил внимание на следующие обстоятельства.
В Солнце сосредоточено основная масса вещества Солнечной системы.
Главные составные элементы раскалённой массы Солнца Н и Не, с незначительными добавками всех других элементов. Количество последних убывает с увеличением их порядкового номера. Элементный, а также изотопный состав пород Земли, Луны, метеоритов почти одинаков. Материал из которого образовались планеты был выброшен непосредственно Солнцем, а не захвачены с других областей Галактики. Более 85% выпадающих на Землю метеоритов составляют так называемые хондриты, содержащие мелкие округлые зёрна. Хандры, предоставляющие застывшие (при температуре ниже 2000 С) капельки, образовавшиеся из протопланетного газа и состоящие из кремния, железа, магния и др. элементов.
Различия в химическом составе планет (в частности увеличения содержания железа у ближайших к Солнцу планет), а так же в их средней плотности (уменьшающейся по мере удаления от Солнца) объясняется процессами дифференциации вещества, выброшенного из Солнца. Происхождение Солнечной системы связано с происхождением слагающих её химических элементов, и ядерная эволюция вещества Солнца и Земли была одинаковой до определённого момента, после чего вся система была разделена на первичное Солнце, и на околосолнечный протопланетный материал в виде туманности или газового дисков, расположенного в плоскости Солнечного экватора. Хандры, материалов представляют образцы инициального вещества этой туманности, т.е. прямой паток капель; возникших в процессе конденсации Солнечного газа.
Изложенные данные космохимии свидетельствуют о глубоком генетическом единстве вещества всей Солнечной системы.
Земля, после того как она сформировалась как отдельная планета, начала, благодаря распаду ради активных элементов (в начале – Pu 244,Cm 247, позже U 235, U 238, Th 232, K 40) разогреваться вплоть до расплавления сначала железа, потом силикатов.
Тяжелое жидкое железо сошло к центру планеты и сформировало ядро Земли, жидкое ( в своей наружной половине) и до настоящего момента.
Из оставшейся силикатной оболочки (мантии) в результате зонной плавки выделилась земная кора, а так же воды океанов и атмосферы. Большую ценность для научной разработки гипотез о происхождении нашей планеты имеют метеориты – пришельцы из дальнего космоса. Изучая, каменные и железные метеориты учёные получают бесценную информацию, которую широко использую в космогонических представлениях.
В настоящее время к этим данным добавились сведения о химическом составе пород Луны, атмосферы и пород Марса и Венеры.
Оказалось, что химический состав материалов близок к среднему земному, а их возраст такой же, как и возраст пород Луны (4-5 млрд. лет).
Таким образом, по крупицам по разрозненным фактам складывалась научная основа современных космических гипотез. Огромная роль в обосновании современной гипотезы о происхождении земли и Солнечной системы, принадлежат учёным: О.Ю. Шмидту, В.Г. Фесенкову, Г.В. Войкевичу.
Планеты Солнечной системы, движущиеся по орбитам вокруг Солнца ( рис. 1) имеют разные размеры и строение . Мелкими среди них являются Плутон и Меркурий, а гигантами Нептун и Юпитер. Одни планеты сложены твёрдым материалом и окружены жидкой или газовой атмосферой, другие – уплотнённым газовым веществом.
Ближайшие к Солнцу планеты - Меркурий, Венера, Земля, Луна, и Марс имеют небольшие размеры и слагаются твёрдым (каменным или металлическим) веществом.
А Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон состоят из большого количества газов: водорода, гелия, метана, а так же твёрдого аммиака и диоксида углерода.
Газовая оболочка плотным кольцом окружает твёрдое ядро.
Земля – самая крупная из близко расположенных к Солнцу планет. Она обращается вокруг Солнца почти по круговой орбите. Среднее расстояние до Солнца 150 млн. км. Скорость движения Земли по орбите составляет 29,7 км/с. Полный оборот вокруг Солнца она совершает за 365,26 сут. Период вращения Земли вокруг своей оси равен 23 ч. 56 мин.
Астрономические наблюдения, а так же измерения из космоса и непосредственные геодезические измерения на поверхности Земли позволили определить форму, размеры нашей планеты, её массу, гравитационное, магнитное поле. Величину теплового потока, идущего из недр и ряд физических свойств земной поверхности. Средний радиус Земли R=6371,11 км, при это экватормальный RЭ=6378,86 км, а полярный Rп=6356,78 км. Экватормальное вздутие и полярное сжатие воздуха из-за вращения Земли вокруг своей оси и её наклона. Масса Земли составляет 5,976*10 9 трлн.т. Объём Земли 1,083*10 27 см 3.
Форма Земли близка к шару, такую форму называют сфероидной, но поверхность Земли неровная и уложена глубокими океаническими впадинами и высокими горными системами на материках. Поэтому истинную форму Земли называют Геоидом.
Длина земного меридиана – 40008,548 км, длина экватора – 40075,704 км .
В настоящее время пробурена скважина до глубины 15-16 км (США), т.е. мы имеем представление о разрезе Земли до глубины 16 км.
О строении Земля глубже 16 км мы можем получить сведения по данным сейсморазведки (рис.2).
Как видно из рисунка наибольшую мощность имеет Ядро Земли, имеющее силикатный состав с большим содержанием железа. Мощность достигает до 12 г/см 3, температура ядра в пределах 2000-2500 С о, а давление до 3 млн. атмосфер.
Промежуточная оболочка имеет плотность 5,3-6,5 г/см 3 и состоит из кремния (Si), Fe. Mg, Ni.
Мантия Земли - состоит из ультраосновных горных пород (пирроксенит и дунит), где содержание кремния меньше 40%.
Плотность массы 3,3 – 4,5 г/см 3 .Здесь преобладают кремний и магний. В Верхней части мантии содержатся расплавленные массы. Здесь зарождаются вулканические явления, горообразовательные процессы и сейсмические явления.
Литосфера – до глубины 50-70 км от поверхности Земли. Литосферу часто называют «Земной коры» и разделяют на гранитную и базальтовую оболочки. С поверхности Земли литосфера представлена из небольшой по мощности толще осадочных пород. Химический состав литосферы ( до глубины 16 км по А.П. Виноградову) следующий:
1. Кислород – 46,8%
2. Кремний – 27,3%
3. Алюминий – 8,7%
4. Железо – 5,1%
5. Кальций – 3,6%
6. Натрий – 2,6%
7. Калий – 2,6%
8. Магний – 2,1%
9. Прочие – 1,2%
Гидросфера – не образует сплошного слоя и покрывает Земную поверхность на 70,8%. Наибольшая глубина – 11521м - Марианская впадина (Тихий океан). Максимальная температура воды 35,6 С о , минимальная –2,8 С о, солёность (средняя) 35 г/л.
Атмосфера – или газовая оболочка окружает Землю слоем в 3000 км и делится на :
А)Тропосфера – приземной слой атмосферы. До 6-18 км (азот – 75,5%, кислород – 23,3%)
Б) Стратосфера – до высоты 80-90 км на высоте 30-55 км имеется азотный слой.
В) Ионосфера – межпланетное пространство.
Контрольные вопросы:
1. Какие строение имеют Земля?
2. Расположение планет солнечной системы?
3. Какими источниками обеспечивается тепловой режим Земли?
4. Какие размеры планеты - Земли?
Литературы:
1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.
2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.
3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.
4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.
5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.