Геологический словарь

ЗЕМЛЯ — третья планета солнечной системы. Обращается вокруг Солнца по орбите с эксцентриситетом 0,0167, на среднем расстоянии 149,5 • 10⁴ км, с периодом 365,2564 звездных суток, скорость движения по орбите 29,76 км/сек, собственное вращение — прямое, период 23 часа 56' 4,0905", ось вращения составляет с плоскостью эклиптики угол в 66° 33' 15,2", медленно меняющийся вследствие прецессии оси вращения; положение оси вращения осложняется также явлением нутации и чандлеровским движением. З. получает от Солнца энергию в количестве 1,7•10²⁴ эрг/сек (5,4•10³¹ эрг/год); около половины этой энергии непосредственно отражается. Масса Земли 5,975•10²⁷ г., она составляет массы Солнца; средняя плотность s _ср 5,52 г/см³. Масса приблизительно стабильна. З. имеет сложную форму геоида, приближенно апроксимируемого эллипсоидом вращения; существующее предположение о трехосности земного эллипсоида с достоверностью не установлено: направление большой экваториальной оси определяется с угловым разбросом более 60°. Возможно, эти изменения радиуса характеризуют крупную волну геоида. Имеются данные (Гейсканен, 1957) об асимметрии эллипсоидов для северного и южного полушарий З. В зависимости от ряда предположений о распределении силы тяжести на поверхности З., могут быть приняты апроксимирующие эллипсоиды с несколько разл. параметрами. В настоящее время употребляются: эллипсоид Красовского (1942), параметры которого как лучшего приближения подтверждаются совр. исследованиями, в т. ч. с помощью спутников, принятый в СССР и социалистических странах, Международный (1924) и Международный Астрономический (1964). Основные параметры З. по эллипсоиду Красовского: радиус экватора 6378,245 км, полярный радиус 6356,863 км; сжатие ; средний радиус 6371,110 км; момент инерции З. относительно оси вращения 8104•10⁴³ г/см²; величина нормального значения силы тяжести g ₀ = 978,049 (1 + 0,0053029 sin j — 0,0000059 sin² 2j ), где j — широта точки.

З. имеет центрально-симметричное строение и состоит из нескольких геосфер. Магнитосфера — обл. околоземного пространства, где напряженность земного электромагнитного поля превышает напряженность внешних электромагнитных полей; имеет сложную, непостоянную по конфигурации форму и наличие магнитного шлейфа. Атмосфера (А.) общая высота которой около 1300 км, имеет слоистое строение с диффузными границами; делится на тропосферу (высота 0—18 км на экваторе и 0—10 км у полюсов: содер. 79% общей массы А.), стратосферу (16—80 км; 20% массы А.) и ионосферу (80—900 км; 0,5% массы А.); внешняя часть ионосферы — пояс диссипации (900—1300 км), переходящий в межзвездную среду. Слои атмосферы являются сфероидами с a , значительно превышающими a твердой З. Гидросфера — прерывистая водно-ледяная оболочка, расположенная между атмосферой и твердой земной корой, представляющая собой совокупность океанов, морей, поверхностных континентальных вод и ледяных покровов. Гипотезы происхождения атмосферы и гидросферы сводятся к двум основным типам: 1) первородный, остаточный характер гравитационно дифференцировавшейся исходной материи и 2) вторичное происхождение в процессе выплавления и дегазации вещества мантии. Земная кора является наиболее неоднородной геосферой. Ее полный вертикальный разрез трехслоен. Выделяются: осад., гранитный и базальтовый слои; последние два разделяются границей Конрада. Горизонтальная неоднородность проявляется в изменении мощи, слоев коры, их физ. и хим. свойств, в обилии механических нарушений. За нижнюю границу коры большинство исследователей принимают границу Мохоровичича (М).

Представление о внутренних геосферах составляется по геофиз. данным, по аналогии с метеоритными телами, по данным экспериментальных исследований свойств вещества при больших давлениях и температурах, путем экстраполяции этой информации и по теоретическим построениям. Впервые теоретическое выделение в З. метал. ядра и каменной оболочки по плотностям и по аналогии с метеоритами было сделано Вихертом (1897). Первое общее представление о внутреннем строении З. по сейсмическим данным дано Олдгемом в 1960 г. Совр. представление о внутреннем строении З. (Гутенберг, Джеффрис, Буллен, Буллард, Голицын, Саваренский, Молоденский, Магницкий) по сейсмическим данным и теоретическим расчетам плотности: под корой (слой А) до глубины 2900 км залегает эффективно твердая мантия З., характеризующаяся общим возрастанием скорости продольных (V_p) и поперечных (V_s) упругих воли и плотности (s ). Поверхность мантии неоднородна, о чем свидетельствуют вариации значений V_p, V_s, и s . По характеру прохождения сейсмических волн выделяются три обл. (слоя) — В, С, D — верхняя, средняя и нижняя мантии (рядом исследователей обл. B и C объединяются в верхнюю мантию З.). Обл. В распространяется до глубины 60—250 км и отличается небольшими градиентами изменения V_p, V_s, и s . Внутри обл. по понижению V_p, V_s (на 0,1—0,5 км/сек) выделяется слой Гутенберга (астеносфера, волновод), залегающий под континентами на глубине 100—200 км и под океанами — на 50—60 км. В ряде р-нов, преимущественно в переходных зонах, обнаружено несколько астеносферных горизонтов. По отсутствию V_sустанавливается наличие локальных очагов жидкой магмы. Природа астеносферы интерпретируется влиянием повышения температуры, преобладающим над повышением давления, или переходом вещества из кристаллического состояния в аморфное. Область C (средняя мантия) распространяется до глубин 800 ~ 950 км, характеризуется максимальными градиентами роста V_p до 11 км/сек и V_sдо 6,2 км/сек. Плотность возрастает до ~ 4,5 г/см³. Большинство исследователей интерпретируют обл. C как обл. фазовых превращений. Обл. D (нижняя мантия) фиксируется до глубины 2900 км и характеризуется медленным увеличением V_p до 13,6; V_sдо 7,3 км/сек; и плотности до ~ 5,9 г/см³, объясняемым общим нарастанием давления и переходом к плотнейшим упаковкам соединений. На глубине ~ 2800 км условно намечается обл. некоторого падения скоростей, обусловленного взаимодействием этой зоны с поверхностью ядра.

В ядре З. (R » 3500 км) выделяется внутреннее ядро (R » 1300 км.), переходная зона и внешнее ядро. Прохождение V_s, через ядро не установлено; величина V_p на границе внешнего ядра падает скачком до величины ~ 8,1 км/сек; во внешнем ядре отмечается постепенное возрастание V_p до 10,7 км/сек (на глубине около 4700 км); на границе внутреннего ядра (переходная обл.) величина V_pбыстро возрастает до 11,2 км/сек и далее, во внутреннем ядре, остается постоянной, независимой от глубины. На границе ядра плотность возрастает скачком. Данные о величинах плотности внутри ядра разноречивы. Большинство моделей дают изменение о внутри ядра от ~ 10 до ~ 12 г/см³. Есть модели, дающие в центре З. a » 20 г/см³. Большинство исследователей предполагают, что обл. внешнего ядра находится в жидком состоянии, внутреннего — в твердом. Наиболее распространенные гипотезы о веществе ядра: 1) представлено преимущественно соединениями Fe; 2) однородно с веществом мантии, но находится в метал. фазе. Сила тяжести в коре и мантии З. незначительно возрастает с глубиной, достигая максимума на границе ядра (в среднем в коре и мантии равна 1000 см/сек²); далее быстро убывает; в центре равна нулю. Давление внутри З. возрастает постепенно: на границе ядра Р » (1,3 — 1,4) • 10³ кбар, в центре ~(3,5 ± 0,5) • 10³ кбар. Температурный режим — обл. наибольших предположений и экстраполяции в физике З. (зависит от начальной T₀, принятой гипотезы происхождения, предполагаемого количества радиоактивного вещества в недрах и др.). Предполагается (Гутенберг, Любимова) на глубинах 0—400 км быстрое возрастание T от 0 до ~ 1700— 1800° C, далее медленное увеличение до 2500—3000° С на границе внутреннего ядра.

Возраст З. оценивается изотопными методами в пределах ~ 6•10⁹—4,2•10⁹ лет, что незначительно отличается от предполагаемого возраста Солнца и Вселенной. Основные принимаемые в настоящее время гипотезы происхождения З. могут быть сведены к гипотезам “горячего” образования, предполагающим родственность материи планет и Солнца и общность их развития (Лаплас, Фесенков, Хойл), и “холодного” происхождения путем аккумуляции частиц, захваченных гравитационным полем Солнца (Шмидт). Средний хим. сост. земного шара впервые предположительно вычислил П. Н. Чирвинский (1911), который дал его клар-ковый и атомный состав впервые в мире не только в вес. %, но и в атом. %. Им было выяснено, что сумма атомов кислорода и сумма атомов всех металлов и кремния относятся как 3 : 2, в то время как число атомов кремния равняется сумме атомов всех металлов. Г. И. Мартынова.