Как устроены планеты — Naked Science
Восемь планет нашей Солнечной системы принято разделять на внутренние (Меркурий, Венера, Земля, Марс), расположенные ближе к звезде, и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун). Отличаются они не только расстоянием до Солнца, но и рядом других характеристик. Внутренние планеты ? плотные и каменистые, небольших размеров; внешние ? газовые гиганты. У внутренних совсем немного естественных спутников, или нет вовсе; у внешних их десятки, а у Сатурна есть еще и кольца.
Сравнительные размеры планет (слева направо: Меркурий, Венера, Земля, Марс)
©NASA
Базовая «анатомия» внутренних планет Солнечной системы проста: все они состоят из коры, мантии и ядра. Кроме того, у некоторых ядро разделяется на внутреннее и внешнее. Например, как устроена Земля? Твердая кора покрывает полурасплавленную мантию, а в центре находится «двухслойное» ядро ? жидкое внешнее и твердое внутреннее. Кстати, именно наличие жидкого металлического ядра создает на планете глобальное магнитное поле. На Марсе, к примеру, все немного иначе: твердая кора, твердая мантия, твердое ядро ? он напоминает цельный бильярдный шар, и никакого магнитного поля у него нет.
Газовые гиганты ? Сатурн и Юпитер ? сложены совершенно иначе. Из самого названия этого типа планет понятно, что они представляют собой огромные шары газа, не имеющие твердой поверхности. Если б кому-нибудь довелось спускаться на одну из таких планет, он падал бы и падал к ее центру, где расположено небольшое твердое ядро. На Уране и Нептуне аммиак, метан и другие знакомые нам газы могут существовать лишь в твердой форме, поэтому две дальние планеты представляют собой огромные шары из льда и твердых фрагментов ? ледяные гиганты. Впрочем, давайте рассмотрим их все по порядку, одну за другой.
Меркурий: громадное ядро
Ближайшая к Солнцу планета ? одна из самых плотных в нашем списке: будучи чуть меньше спутника Сатурна Титана, она более чем вдвое тяжелее его. Плотнее Меркурия только Земля, но Земля достаточно велика для того, чтобы ее уплотняла еще и собственная гравитация, а если б этот эффект не проявлялся, то Меркурий был бы чемпионом.
Здесь царит тяжелое железо-никелевое ядро. Оно исключительно велико для планеты таких размеров ? по некоторым предположениям, ядро может занимать основную часть объема Меркурия и иметь радиус около 1800-1900 км, примерно с Луну. Зато окружающие его кремниевые мантия и кора сравнительно тонки, не более 500-600 км в толщину. Судя по тому, что планета вращается слегка неравномерно (как сырое яйцо), ядро ее расплавлено и создает на планете глобальное магнитное поле.
Происхождение большого, плотного, исключительно богатого железом ядра Меркурия остается загадкой. Возможно, некогда Меркурий был в несколько раз крупнее, и ядро его не было чем-то аномальным, но в результате столкновения с неизвестным телом от него «отвалился» изрядный кусок коры и мантии. К сожалению, подтвердить эту теорию пока не удается.
1. Кора, толщина — 100-300 км. 2. Мантия, толщина — 600 км. 3. Ядро, радиус — 1800 км.
©Joel Holdsworth
Венера: толстая кора
Самая беспокойная и горячая планета Солнечной системы. Ее чрезвычайно плотная и бурная атмосфера состоит из углекислого газа, метана и сероводорода, который выбрасывают многочисленные активные вулканы. Поверхность Венеры на 90% покрыта базальтовой лавой, здесь имеются обширные возвышенности на манер земных материков ? жаль, что вода в жидком виде здесь существовать не может, вся она давно испарилась.
Внутреннее строение Венеры изучено плохо. Считается, что ее толстая силикатная кора уходит в глубину на несколько десятков километров. Судя по некоторым данным, 300-500 млн лет назад планета полностью обновила кору в результате катастрофических масштабов вулканизма. Предположено, что тепло, которое вырабатывается в недрах планеты из-за радиоактивного распада, не может на Венере «стравливаться» постепенно, как на Земле, посредством тектоники плит. Тектоники плит здесь нет, и энергия эта накапливается подолгу, и время от времени «прорывается» такими глобальными вулканическими «бурями».
Под корой Венеры начинается 3000-километровый слой расплавленной мантии неустановленного состава. А раз Венера относится к тому же типу планет, что и Земля, у нее предполагается и наличие железо-никелевого ядра диаметром около 3000 км. С другой стороны, наблюдения не обнаружили у Венеры собственного магнитного поля. Это может означать, что заряженные частицы в ядре не двигаются, и оно находится в твердом состоянии.
Возможное внутреннее строение Венеры
Земля: всё идеально
Наша любимая родная планета изучена, конечно, лучше всех, в том числе и геологически. Если двигаться от ее поверхности в глубину, твердая кора будет тянуться до примерно 40 км. Резко отличаются континентальная и океаническая кора: толщина первой может доходить до 70 км, а второй ? практически не бывает более 10 км. Первая содержит немало вулканических пород, вторая покрыта толстым слоем осадочных.
Кора, как потрескавшаяся сухая грязь, разделена на литосферные плиты, двигающиеся относительно друг друга. Судя по современным данным, тектоника плит ? уникальное в Солнечной системе явление, которое обеспечивает постоянное и некатастрофическое, в целом спокойное обновление ее поверхности. Очень удобно для всех!
Ниже начинаются слои мантии: верхняя (40-400 км), нижняя (до 2700 км). На мантию приходится львиная доля массы планеты ? почти 70%. По объему мантия еще внушительнее: если не считать атмосферу, она занимает около 83% нашей планеты. Состав мантии, скорее всего, напоминает состав каменистых метеоритов, она богата кремнием, железом, кислородом, магнием. Несмотря на постоянное перемешивание, не стоит считать мантию жидкой в привычном понимании этого слова. Из-за огромного давления почти все ее вещество находится в кристаллическом состоянии.
Наконец, мы попадем в железо-никелевое ядро: расплавленное внешнее (на глубине до 5100 км) и твердое внутреннее (вплоть до 6400 км). На ядро приходится почти 30% массы Земли, а конвекция жидкого металла во внешнем ядре создает на планете глобальное магнитное поле.
Общая структура планеты Земля
©Wikimedia/ Jeremy Kemp
Марс: застывшие плиты
Хотя сам Марс заметно меньше Земли, интересно, что площадь его поверхности примерно равна площади земной суши. Но перепады высот здесь куда заметнее: на Красной планете расположены самые высокие в Солнечной системе горы. Местный Эверест ? Олимпус Монс ? поднимается на высоту 24 км, а громадные горные хребты выше 10 км могут тянуться на тысячи километров.
Покрытая базальтовыми породами кора планеты в северном полушарии имеет толщину около 35 км, а в южном ? аж до 130 км. Считается, что некогда на Марсе также существовало движение литосферных плит, однако с какого-то момента они остановились. Из-за этого вулканические точки перестали менять свое расположение, и вулканы стали расти и расти сотни миллионов лет, создавая исключительно могучие горные вершины.
Средняя плотность планеты довольно невелика ? видимо, из-за небольших размеров ядра и наличия в нем немалого (до 20%) количества легких элементов ? скажем, серы. Судя по имеющимся данным, ядро Марса имеет радиус около 1500-1700 км и остается жидким лишь частично, а значит ? способно создавать на планете лишь очень слабое магнитное поле.
Сравнение строения Марса и других планет земной группы
©NASA
Юпитер: сила тяжести и легкие газы
Сегодня не существует технических возможностей исследовать строение Юпитера: слишком уж велика эта планета, слишком сильна ее гравитация, слишком плотна и неспокойна атмосфера. Впрочем, где здесь кончается атмосфера и начинается сама планета, сказать трудно: этот газовый гигант, по сути, не имеет никаких четких внутренних границ.
По существующим теориям, в центре Юпитера имеется твердое ядро по массе в 10-15 раз больше Земли и в полтора раза крупнее ее по размерам. Впрочем, на фоне планеты-великана (масса Юпитера больше массы всех остальных планет Солнечной системы вместе взятых) эта величина совсем незначительна. Вообще же Юпитер состоит на 90% из обычного водорода, а на оставшиеся 10% ? из гелия, с некоторым количеством простых углеводородов, азота, серы, кислорода. Но не стоит думать, что из-за этого структура газового гиганта «проста».
При колоссальном давлении и температуре водород (а по некоторым данным, и гелий) здесь должен существовать, в основном, в необычной металлической форме ? этот слой, возможно, тянется на глубину в 40-50 тыс. км. Здесь электрон отрывается от протона и начинает вести себя свободно, как в металлах. Такой жидкий металлический водород, естественно, является отличным проводником и создает на планете исключительно мощное магнитное поле.
Модель внутренней структуры Юпитера
©NASA
Сатурн: саморазогревающаяся система
Несмотря на все внешние различия, отсутствие знаменитого Красного пятна и наличие еще более знаменитых колец, Сатурн очень похож на соседний Юпитер. Он состоит из водорода на 75%, и на 25% из гелия, со следовым количеством воды, метана, аммиака и твердых веществ, в основном сосредоточенных в горячем ядре. Как и на Юпитере, здесь имеется толстый слой металлического водорода, создающий мощное магнитное поле.
Пожалуй, главным отличием двух газовых гигантов являются теплые недра Сатурна: процессы в глубине поставляют планете уже больше энергии, чем солнечное излучение ? он излучает в 2,5 раза больше энергии сам, чем получает от Солнца.
Этих процессов, видимо, два (отметим, что и на Юпитере они также работают, просто на Сатурне имеют большее значение) ? радиоактивный распад и механизм Кельвина ? Гельмгольца. Работу этого механизма можно представить довольно легко: планета охлаждается, давление в ней падает, и она немного сжимается, а сжатие создает дополнительное тепло. Впрочем, нельзя исключать и наличие других эффектов, создающих энергию в недрах Сатурна.
Внутреннее строение Сатурна
©Wikimedia
Уран: лед и камень
А вот на Уране внутреннего тепла явно недостаточно, причем настолько, что это до сих пор требует специального объяснения и озадачивает ученых. Даже Нептун, на Уран очень похожий, излучает тепло в разы больше, Уран же мало того, что получает от Солнца совсем немного, так и отдает порядка 1% этой энергии. Это самая холодная планета Солнечной системы, температура здесь может падать до 50 Кельвин.
Считается, что основная масса Урана приходится на смесь льдов ? водного, метанового и аммиачного. Вдесятеро меньше по массе здесь водорода с гелием, и еще меньше твердых пород, скорее всего, сосредоточенных в сравнительно небольшом каменном ядре. Основная доля приходится на ледяную мантию. Правда, этот лед ? не совсем та субстанция, к которой мы привыкли, он текуч и плотен.
Это означает, что у ледяного гиганта тоже нет никакой твердой поверхности: газообразная, состоящая из водорода и гелия атмосфера без явной границы переходит в жидкие верхние слои самой планеты.
Внутреннее строение Урана
©Wikimedia/ FrancescoA
Нептун: алмазный дождь
Как и у Урана, у Нептуна атмосфера особенно заметна, она составляет 10-20% всей массы планеты и простирается на 10-20% расстояния до ядра в ее центре. Состоит она из водорода, гелия и метана, который придает планете голубоватый цвет. Опускаясь сквозь нее вглубь, мы заметим, как атмосфера постепенно уплотняется, медленно переходя в жидкую и горячую электропроводящую мантию.
Мантия Нептуна в десяток раз тяжелее всей нашей Земли и богата аммиаком, водой, метаном. Она действительно горяча ? температура может достигать тысяч градусов ? но традиционно вещество это называют ледяным, а Нептун, как и Уран, относят к ледяным гигантам.
Существует гипотеза, согласно которой ближе к ядру давление и температура достигают такой величины, что метан «рассыпается» и «спрессовывается» в кристаллы алмазов, которые на глубине ниже 7000 км образуют океан «алмазной жидкости», который проливается «дождями» на ядро планеты. Железо-никелевое ядро Нептуна богато силикатами и лишь немногим больше земного, хотя давление в центральных областях гиганта намного выше.
1. Верхняя атмосфера, верхние облака 2. Атмосфера, состоящая из водорода, гелия и метана 3. Мантия, состоящая из воды, аммиака и метанового льда 4. Железо-никелевое ядро
©NASA
naked-science.ru
Строение планет Солнечной системы
Определение 1
Солнечная система – так называется система, в которой находится наша планета Земля. Солнечная система расположена в галактике Млечный Путь. Солнце.
Главным источником энергии нашей системы является звезда по имени Солнце. Её гравитация помогает удерживать планеты на своих орбитах. Энергия, испускаемая Солнцем, влияет на климат планет и привела к зарождению жизни на нашей планете. Солнце состоит на 98 % из водорода и гелия.
Планеты земной группы
Рисунок 1. Планеты земной группы. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Солнечную систему делят на внутренний и внешний участок.
К внутренним планетам относят планеты земного типа, такие как:
- Меркурий,
- Венера,
- Марс,
- Земля.
Они расположены ближе всего к Солнцу.
Данные планеты имеют схожие характеристики. Они имеют скалистый тип, имеют в своём составе силикаты и металлы. Уступают планетам гигантам по таким параметрам как плотность и размеры. Планеты внутреннего типа лишены большого числа спутников и колец.
Кору и мантию данных планет формируют силикаты, а металлы являются частью их ядер.
Данные планеты, кроме Меркурия, имеют атмосферу, которая приводит к формированию определённого климата. На поверхности планет заметны следы падений астероидов и метеоритов, а также тектонической активности.
Меркурий.
Он является наиболее близко расположенной к Солнцу планетой. У него очень слабое магнитное поле, оно составляет лишь 1% от магнитного поля Земли. Атмосфера Меркурия также слаба и тонка, что приводит к сильным перепадам ночных и дневных температур. Так, на одной, темной половине Меркурии очень холодно и температура опускается до – 187 градусов по Цельсию, а на другой, освещенной половине стоит страшная жара.
Венера.
Венера, так же как и Земля, обладает плотной атмосферой и имеет схожие с нашей планетою размеры. Однако, атмосфера Венеры на 96% состоит из углекислого газа, вкупе с азотом и иными газовыми примесями, а ее столь плотные облака состоят из серной кислоты.
Венера названа в честь римской богини любви. Это название единственное женское имя, которое дано планете в Солнечной системе.
Исследование Венеры показало, что на ней есть довольно большие возвышенности, которые можно сравнить с материками Земли. Эти возвышенности получили имена – Земля Иштар и Земля Афродиты. Около 90 % площади поверхности планеты покрыто базальтовой лавой. Согласно наиболее реалистической гипотезе о структуре планеты у Венеры имеется три оболочки.
Первой оболочкой является кора, толщина которой составляет около 16 километров. Потом следует мантия, являющаяся силикатной оболочкой, которая простирается на 3300 километров в глубину. Далее следует железное ядро, его масса составляет около четверти массы всей планеты Венера.
Земля.
Наиболее изученной и исследованной планетой Солнечной системы является наша родная Земля. Наша планета обладает разнообразной поверхностью, но большую её часть, а именно 71% составляет Мировой океан. Центром планеты является ядро, состоящее из тяжелых металлов. У нашей планеты есть и свой спутник – Луна, не имеющий атмосферы.
Марс.
Марс имеет красный цвет из-за присутствия элементов оксида железа (ржавчины) в верхнем слое. Но поскольку Марс богат и другими минералами, то его цвет может меняться на золотой, зеленый и т.д. Марсианский грунт является слабощелочным и содержит магний, калий, натрий и хлор. Марс назван в честь древнеримского бога войны – Марса, как раз за свой цвет, напоминающий о крови и войнах.
Замечание 1
Марс имеет самую крупную гору в Солнечной системе. Это гора Олимп, которая имеет высоту 21229 м. Напомним, что самая высокая гора на Земле – Эверест в Гималаях имеет высоту всего около восьми тысячи метров.
Равнины составляют около 35 % площади поверхности Марса. НА Марсе удалось найти около 70 потухших вулканов. Также поверхность Марса покрыта кратерами. Борозды и трещины на поверхности говорят о том, что на Марсе когда-то была вода. На полюсах Марса существуют полярные шапки, которые состоят как из обычного водяного льда, так и из замерзшей углекислоты. На Марсе также периодически случаются пылевые бури.
Ядро планеты имеет твердый характер. Оно представляет собою плотное металлическое образование, охваченное силикатной мантией. Ядро состоит из сульфида железа и по оценкам вдвое насыщеннее легкими элементами, чем земное ядро. Ядро содержит железо, никель и 16 -17 % серы. Марсианская кора имеет толщину в 50-125 км.
Также Марс имеет два спутника под названием Фобос и Деймос, что переводится с древнегреческого как Страх и Ужас, соответственно.
Газовые гиганты
Рисунок 2. Газовые гиганты. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Эти планеты представлены в нашей Солнечной системе такими астрономическими объектами как:
Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун.
Юпитер.
Самой большой планетой является Юпитер. Он имеет большую скорость обращения равную 10 часам и орбитальный путь равный 12 годам.
Атмосфера Юпитера имеет плотный характер и содержит водород и гелий. Ядро, предположительно может равняться ядру нашей планеты.
Замечание 2
Согласно последним исследования удалось найти спектральные следы воды в атмосфере Юпитера. Кроме того, последние исследования говорят о том, что ядро у этого газового гиганта всё-таки имеется и образовалось оно раньше оболочки.
Наиболее известной деталью облика Юпитера является его Большое Красное Пятно. Оно является своеобразным очень сильным, устойчивым изолированным вихрем, который родственен земным антициклонам. Пока неизвестно, когда пятно образовалось, и когда оно исчезнет.
Сатурн.
Сатурн является второй по своему размеру и массе планетой в Солнечной системе. Названа планета в честь римского бога Сатурна, бога земледелия. Сатурн в своём объёме больше Земли в 800 раз.
Сатурн в своей атмосфере содержит 94 % водорода и 6 % гелия. Как предполагают исследователи, под атмосферой Сатурна может находиться океан сжиженного молекулярного водорода. А в сердцевине планеты расположено ядро, состоящее из металла и силикатов.
Отличительной чертой Сатурна является его кольцевая система, состоящая из семи колец. Кольца состоят из льда и пыли.
Крупнейшим спутником Сатурна является Титан, который по размерам превосходит Меркурий.
Уран.
Уран является седьмой планетой от Солнца. Особенностью этой планеты является наклон плоскости её экватора к плоскости орбиты пол углом 98°.
Замечание 3
В результате, Уран вращается вокруг Солнца, будто бы лёжа на одном боку.
Эта планета была открыта при помощи телескопа. Это произошло в 1784 году. Уран имеет магнитное поле.
Ядро планеты состоит из сильно сжатых металлов, силикатов, аммиака и метана в виде льда. Ядро занимает около 0,3 радиуса планеты. За ядром скорее всего находится мантия, состоящая из смеси водяного и аммиачного льда.
Поверхность, которую удаётся наблюдать, состоит из газовой оболочки, основанной на водороде и гелии.
Уран также имеет свои кольца.
Нептун.
Нептун назван в честь повелителя морей в римской античной мифологии.
По своему строению данная планета схожа с Ураном. Нептун является четвертой из планет гигантов. Его радиус превосходит земной в 4 раза, а масса далёкой планеты больше земной в 17 раз.
Атмосфера Нептуна состоит в основном из водорода, гелия и небольшого количества метана.
Есть мнение, что в глубине атмосферы Нептуна находится океан который насыщен ионами.
Согласно расчетам на долю мантии, состоящей изо льда, приходится 70% массы всей планеты. Ядро же планеты согласно расчётам должно иметь около четверти всей массы Нептуна. Само же ядро состоит из окислов магния, кремния, железа и его соединений, и каменных пород. Температура в центре планеты составляет около 7000 °С.
Отметим, что в отличие от Урана, Нептун большую часть энергии получает из своих недр, что обусловлено процессами, при которых тепло выделяется внутри самой планеты.
spravochnick.ru
Внутреннее строение Земли; кора, мантия и ядро
Земля и Луна с зонда MESSENGER
Весьма загадочными и практически недоступными являются недра Земли. К сожалению еще не существует такого аппарата, с помощью которого можно проникнуть и изучить внутреннее строение Земли. Исследователями установлено, что на данный момент самая глубокая шахта в мире имеет глубину в 4 км, а самая глубокая скважина находится на Кольском полуострове и составляет 12 км.
Метод исследования недр
Строение Земли
Однако определенные знания о глубинах нашей планеты все-таки установлены. Ученые изучили ее внутреннее строение с помощью сейсмического метода. Основой данного метода, является измерение колебаний во время землетрясения или искусственных взрывов производимых в недрах Земли. Вещества с разной плотностью и составом, пропускали через себя колебания с определенной скоростью. Что позволило с помощью специальных приборов измерить эту скорость и проанализировать полученные результаты.
Мнение ученых
Исследователями было установлено, что наша планета имеет несколько оболочек: земную кору, мантию и ядро. Ученые считают, что примерно 4,6 млрд. лет назад началось расслоение недр Земли и продолжает расслаиваться, по сей день. По их мнению, все тяжелые вещества спускаются к центру Земли, присоединяясь к ядру планеты, а более легкие вещества поднимаются вверх и становятся земной корой. Когда внутреннее расслоение закончится, наша планета превратиться в холодную и мертвую.
Строение Земли
Земная кора
Является самой тонкой оболочкой планеты. Ее доля составляет 1% от общей массы Земли. На поверхности земной коры обитают люди и добывают из нее все необходимое для выживания. В земной коре, во многих местах, имеются шахты и скважины. Ее состав и строение изучается с помощью образцов собранных с поверхности.
Мантия
Представляет собой самую обширную оболочку земли. Ее объем, и масса составляет 70 – 80% всей планеты. Мантия состоит из твердого вещества, но менее плотного, чем вещество ядра. Чем глубже располагается мантия, тем больше становиться ее температура и давление. Мантия имеет частично расплавленный слой. С помощью этого слоя твердые вещества перемещаются к ядру земли.
Ядро
Является центром земли. Оно имеет очень высокую температуру (3000 – 4000 оС) и давление. Состоит ядро из самых плотных и тяжелых веществ. Оно составляет приблизительно 30% от общей массы. Твердая часть ядра плавает в его жидком слое, создавая тем самым магнитное поле земли. Оно является защитником жизни на планете, оберегая ее от космических лучей.
Научно-популярный фильм о формировании нашего мира
comments powered by HyperComments
spacegid.com
Вследствие малой массы сила тяжести на Марсе почти в три раза ниже, чем на Земле. В настоящее время структура гравитационного поля Марса детально изучена. Она указывает на небольшое отклонение от однородного распределения плотности в планете. Ядро может иметь радиус до половины радиуса планеты. По-видимому, оно состоит из чистого железа или из сплава Fe-FeS (железо-сульфид железа) и, возможно, растворенного в них водорода. По-видимому, ядро Марса частично или полностью пребывает в жидком состоянии.
Марс должен иметь мощную кору толщиной 70-100 км. Между ядром и корой находится силикатная мантия, обогащенная железом . Красные окислы железа, присутствующие в поверхностных породах, определяют цвет планеты . Сейчас Марс продолжает остывать. Сейсмическая активность планеты слабая. Поверхность Марса, на первый взгляд, напоминает лунную. Однако на самом деле его рельеф отличается большим разнообразием. На протяжении долгой геологической истории Марса его поверхность изменяли извержения вулканов и марсотрясения. Глубокие шрамы на лице бога войны оставили метеориты, ветер, вода и льды. Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: древних высокогорий, покрывающих южное полушарие, и более молодых равнин, сосредоточенных в северных широтах. Кроме того, выделяются два крупных вулканических района — Элизиум и Фарсида. Разница высот между горными и равнинными областями достигает 6 км. Почему разные районы так сильно отличаются друг от друга до сих пор неясно. Возможно, такое деление связано с очень давней катастрофой — падением на Марс крупного астероида. Высокогорная часть сохранила следы активной метеоритной бомбардировки, происходившей около 4 млрд. лет назад. Метеоритные кратеры покрывают 2/3 поверхности планеты. На старых высокогорьях их почти столько же, сколько на Луне. Но многие марсианские кратеры из-за выветривания успели «потерять форму». Некоторые из них, по всей видимости, когда-то были размыты потоками воды. Северные равнины выглядят совершенно иначе. 4 млрд. лет назад на них было множество метеоритных кратеров, но потом катастрофическое событие, о котором уже упоминалось, стерло их с 1/3 поверхности планеты и ее рельеф в этой области начал формироваться заново. Отдельные метеориты падали туда и позже, но в целом ударных кратеров на севере мало. Облик этого полушария определила вулканическая деятельность. Некоторые из равнин сплошь покрыты древними изверженными породами. Потоками жидкой лавы растекались по поверхности, застывали, по ним текли новые потоки. Эти окаменевшие «реки» сосредоточены вокруг крупных вулканов. На окончаниях лавовых языков наблюдаются структуры, похожие на земные осадочные породы. Вероятно, когда раскаленные изверженные массы растапливали слои подземного льда, на поверхности Марса образовывались достаточно обширные водоемы, которые постепенно высыхали. Взаимодействие лавы и подземного льда привело также к появлению многочисленных борозд и трещин. На далеких от вулканов низменных областях северного полушария простираются песчаные дюны. Особенно много их у северной полярной шапки. Обилие вулканических пейзажей свидетельствует о том, что в далеком прошлом Марс пережил достаточно бурную геологическую эпоху, скорее всего она закончилась около миллиарда лет тому назад. Наиболее активные процессы происходили в областях Элизиум и Фарсида. В свое время они буквально были выдавлены из недр Марса и сейчас возвышаются над его поверхностью в виде грандиозных вздутий: Элизиум высотой 5 км, Фарсида — 10 км. Вокруг этих вздутий сосредоточены многочисленные разломы, трещины, гребни — следы давних процессов в марсианской коре. Наиболее грандиозная система каньонов глубиной несколько километров — долина Маринера — начинается у вершины гор Фарсида и тянется 4 тыс. километров к востоку. В центральной части долины ее ширина достигает нескольких сот километров. В прошлом, когда атмосфера Марса была более плотной, в каньоны могла стекать вода, создавая в них глубокие озера. Вулканы Марса — по земным меркам явления исключительные. Но даже среди них выделяется вулкан Олимп , расположенный на северо-западе гор Фарсида. Диаметр основания этой горы достигает 550 км, а высота — 27 км, т.е. она в три раза превосходит Эверест, высочайшую вершину Земли. Олимп увенчан огромным 60-километровым кратером. К востоку от самой высокой части гор Фарсида обнаружен другой вулкан — Альба. Хотя он не может соперничать с Олимпом по высоте, диаметр его основания почти в три раза больше. Эти вулканические конусы возникли в результате спокойных излияний очень жидкой лавы, похожей по составу на лаву земных вулканов Гавайских островов. Следы вулканического пепла на склонах других гор позволяют предположить, что иногда на Марсе происходили и катастрофические извержения. В прошлом огромную роль в формировании марсианского рельефа играла проточная вода. На первых этапах исследования Марс представлялся астрономам пустынной и безводной планетой, но когда поверхность Марса удалось сфотографировать с близкого расстояния, оказалось, что на старых высокогорьях часто встречаются словно бы оставленные текущей водой промоины. Некоторые из них выглядят так, будто много лет назад их пробили бурные, стремительные потоки. Тянутся они иногда на многие сотни километров. Часть этих «ручьев» обладает довольно почтительным возрастом. Другие долины очень похожи на русла спокойных земных рек. Своим появлением они, вероятно, обязаны таянию подземного льда. Некоторые дополнительные сведения о Марсе удается получить косвенными методами на основе исследований его природных спутников — Фобоса и Деймоса. |
tayny-zemli.ru
|
Реклама Меню |
Тайны Вселенной / Солнечная система / Венера / Строение планеты
|
|
Внутреннее строение Венеры аналогично внутреннему строению планет земной группы. Но тектонический стиль развития планет различен. Это сказывается на их строении и на толщине наружных слоев всех планет.
tayny-zemli.ru
Строение планеты земля | Звездная вселенная и планета Земля
Теория Строение Земли
На Ньютона при разработке его теории отчасти оказал влияние труд Уильяма Гильберта, придворного врача королевы Елизаветы I, написавшего первый геофизический трактат, в котором он представил объяснение магнитного поля Земли. Ньютон не мог непосредственно проверить свою теорию тяготения, так как для этого надо было бы измерить в лаборатории очень малые силы, действующие между двумя массами. Однако он теоретически доказал, что под действием силы тяжести и центробежной силы Земля должна иметь экваториальное вздутие. Попытки французов измерить форму Земли привели сначала к выводу, что наша планета вытянута вдоль своей оси. Чтобы решить этот вопрос, Французская академия организовала в течение десятилетия (1735-1745 гг.) экспедиции к различным широтам, и с помощью собранных материалов было доказано, что экваториальное вздутие существует, т. е. что Земля не растянута, а сплюснута вдоль оси.
Создание Ньютоном теории тяготения и законов движения знаменует собой водораздел в развитии современной науки, отделяя ее от средневековой веры и алхимии. Поэтому нам кажется поразительным тот факт, что сам Ньютон считал многие свои научные открытия лишь незначительной частью своей работы, а большая часть его сочинений, содержащих 20 миллионов слов, относилась к вопросам теологии и к таким почти невообразимым темам, как топология (т.е. поиски местоположения-Перев.) ада.
Прогресс в геологии не был столь драматичным. Это наука описательная, и первые исследователи могли выяснить ее закономерности только путем кропотливого накопления многочисленных наблюдений, а не в результате изящных математических озарений, как это было в астрономии и физике.
Изучение слоев горных пород планеты земля
Однако изучение слоев горных пород, имевшее практическое значение для горного дела и строительства, было только началом систематической геологии. Постепенно утвердилась идея об отложении осадков из воды, но содержащиеся в этих осадках окаменелости вызывали большое смущение и споры. В средние века и позднее к окаменелостям относили не только остатки животных и растений, но и странной формы минеральные образования. Предполагалось к тому же, что окаменелости могут самозарождаться в горной породе. Но уже Леонардо да Винчи (1452-1519) хорошо понимал, что окаменелости, обнаруженные глубоко в земле,-это остатки давно погибших существ и что их нельзя связывать с библейским потопом. Стенон (1638-1686) четко сформулировал и доказал некоторые правила стратиграфии; он, например, вывел закон суперпозиции (закон напластования), согласно которому самый нижний слой должен быть самым древним; тем самым Стенон проложил дорогу геологическому картированию по относительному возрасту пород.
Уильям Смит (1769-1839), инженер-геодезист и строитель каналов, использовал эти идеи на практике; кроме того, он использовал окаменелости для сопоставления слоев горных пород, наблюдаемых в разных местах. В 1815 г. Смит составил первую (раскрашенную вручную) геологическую карту Британии, а на следующий год опубликовал книгу об использовании окаменелостей для разделения горных пород по их возрасту («Strata identified by organised fossils»).
В научном методе глубоко укоренился принцип, известный как принцип «бритвы Оккама» , согласно которому для объяснения чего-либо не следует применять две гипотезы, если можно обойтись одной. Но некоторые геологи доводят экономию гипотез до фанатизма и провозглашают всеобъемлющую ценность своих теорий, забывая, что если в лаборатории все условия тщательно контролируются, то за ее пределами могут одновременно действовать многие, не связанные между собой процессы. Например, нептунисты поднимали значение воды при формировании горных пород до такой степени, что объясняли этим ни много ни мало как образование всей твердой Земли. Эту теорию отстаивал Абрахам Вернер (1750-1817), профессор Фрейбергского университета, считавший, что практически все породы образовались либо путем осаждения, либо в результате кристаллизации в Мировом океане.
Теория была простой, но многие ее положения были произвольными, и их нельзя было проверить. Нерешенной проблемой оставался неизвестный, но очень большой объем воды, причем не только потому, что вода должна была исчезнуть после первого образования пород, но и потому, что она должна была возвращаться в последующие эпохи отложения осадка (библейский потоп считался только самой поздней из многих таких эпох).
Нептунистам противостояли плутонисты. Принципы их учения были выражены сэром Джеймсом Геттоном (1726-1797) из Эдинбурга в книге «Теория Земли»-одном из важнейших геологических произведений, когда-либо написанных. Плутонисты не возражали против того, что отложение осадочного материала действительно имело место, но они считали, что этот процесс не мог привести к образованию прочных пород без воздействия тепла. Их теория была не так проста, как теория нептунистов, но в соответствии с их взглядами Земля уже приобретала более динамический характер, а тела горных пород могли быть приподняты, наклонены, т.е. мог происходить процесс, противоположный выравнивающему действию эрозии. Полемика между плутонистами и нептуни-стами достигала иногда яростного накала, и с ней, конечно, не могут сравниться споры, происходящие в наше время; в Эдинбурге нептунисты освистали пьесу, сочиненную одним из пламенных приверженцев Геттона.
Спор между нептунистами и плутонистами еще при жизни одного поколения перешел в другой: в спор катастрофистов с униформистами, где главные расхождения касались времени. Нигде Библия не мешала так геологии, как в вопросе о возрасте Земли. Хорошо известно, что в 1664 г. архиепископ Ашер, современник Ньютона, подсчитал (опираясь на
Священное писание-Перев.), что Земля была создана ровно в 9 часов утра 26 октября 4004 г. до Рождества Христова. Но этот подсчет никак не удовлетворял некоторых геологов, начинавших уже понимать, что геологические процессы развиваются медленно и что должно пройти длительное время, чтобы эти процессы смогли воздвигнуть горы.
То, что геологические изменения действительно произошли, отрицать уже было нельзя. Катастрофизм связывал большую часть этих изменений с серией гигантских переворотов, вызванных сверхъестественными силами; между такими «катастрофами» геологические процессы возобновляли свое обычное действие, но производили только слабые изменения. Преимущество этой теории усматривалось в том, что чрезвычайно большие перемены можно было отнести к очень короткому промежутку времени; тем самым можно было примирить теорию с библейской хронологией. Недостатком же с точки зрения науки было то, что причина «катастроф» оказывалась вне пределов рационального объяснения. Теория униформизма, напротив, делала упор на непрерывность геологических процессов.
Геттон обнаружил геологические несогласия и сделал вывод, что осадочные толщи после своего накопления могли наклоняться и затем подвергаться эрозиив течение очень длительного времени, пока не начинался новый цикл осадконакопления. Геттону принадлежит формулировка принципа, утверждающего, что в прошлом действовали те же процессы, какие можно наблюдать сегодня: «Настоящее-ключ к прошедшему». Это позволяло рационально объяснить, как образовались горные породы, привлекая вполне вразумительные понятия о силах, влиявших на те условия, которые существовали во время образования пород.
Например, присутствие в породе морских ископаемых остатков показывает, что данный участок суши когда-то располагался ниже уровня моря. Можно построить связную картину прошлой обстановки и проверить ее на внутреннюю согласованность; следовательно, это очень эффективный метод исследования.
Идеи униформизма были развиты и разъяснены в работах Плейфера (1748-1819) и сэра Чарлза Лайеля из Эдинбурга (1797-1875). В своей книге «Основы геологии», опубликованной в 1833 г., Лайель показал, что действующие в современную эпоху процессы могли вызвать наблюдаемые геологические изменения, но что для этого требовались длительные периоды времени. Аргументы Лайеля были убедительными, и короткое до смешного библейское расписание событий мировой истории уступило место понятию об огромных отрезках времени. Но маятник качнулся к другой крайности: осторожное высказывание Геттона о том, что он не видит свидетельств начала или конца геологических процессов, стало означать для некоторых его учеников мир без каких-либо границ, в котором геологические циклы эрозии и горообразования непрерывно развиваются неопределенно долгое время.
Однако вскоре должна была появиться и оппозиция такой неопределенной хронологии.
Физики уже установили законы термодинамики, из которых следовало, что процессы не могут продолжаться бесконечно долго: их механизм должен остановиться, когда энергия будет исчерпана. Выдающуюся роль сыграл лорд Кельвин, который в середине прошлого века подсчитал время, необходимое для остывания Земли от состояния расплавленного шара до современной температуры. При своих вычислениях Кельвин исходил из значений температурного градиента, измеренных в шахтах, и из факта существования вулканов. Он получил значение всего лишь около 100 млн. лет. Эта цифра обескуражила не только геологов, но и Дарвина, чья теория эволюции (опубликованная в 1859 г.) во многом опиралась на представления Лайеля и могла быть принята только при условии, что существовали гораздо более длительные промежутки времени, в течение которых эволюция могла бы привести к необходимым изменениям. Теперь мы знаем, что Земля получает много тепла от радиоактивного распада, но тогда кельвиновские расчеты казались безупречными; физические законы, соединенные с математикой, значили больше, чем совпадение полуколичественных оценок времени, основанных на скоростях геологических или биологических процессов.
Через какое-то время все больше и больше геологов стали склоняться к тому, чтобы принять оценку в 100 млн. лет, и это стало для них почти что догмой
Через какое-то время все больше и больше геологов стали склоняться к тому, чтобы принять оценку в 100 млн. лет, и это стало для них почти что догмой. Однако физики продолжали уточнять свою оценку возраста Земли, причем обычно в меньшую сторону, в некоторых случаях даже до 20 млн. лет. Это все больше стесняло геологов и вынуждало их уточнять свои оценки, основанные на таких величинах, как скорость осадконакопления и общая мощность осадочных толщ, пока они не приобрели достаточную уверенность, чтобы бросить вызов физикам. Но к тому времени, т.е. к концу прошлого века, была открыта радиоактивность, и вскоре стало ясно, что физическая оценка времени остывания больше соответствует минимальному, а не максимальному значению возраста Земли. Таким образом, закончился еще один плодотворный спор и была принята хронологическая шкала длиной в сотни миллионов лет, что открыло новые возможности не только в геологии, но и в науках о развитии жизни и в космологии. (В настоящее время возраст Земли-в действительности не только Земли, но и всей Солнечной системы-оценивается величиной около 4,6 млрд. лет. Как выведена эта оценка, объясняется в приложении 6, помещенном в конце книги.)
Первым, кто попытался реалистически установить внутреннее устройство Земли, был Бюффон
Первым, кто попытался реалистически установить внутреннее устройство Земли, был Бюффон. Он полагал, что для образования экваториального вздутия (под действием вращения) необходимо, чтобы земные недра находились в расплавленном состоянии, и в 1776 г. опубликовал теорию, согласно которой огненно-жидкая Земля образовалась в результате того, что какая-то комета столкнулась с Солнцем и выбила из него «клок» вещества. Бюффон считал, что при последующем развитии Земли более тугоплавкие материалы должны были затвердевать первыми, а из оставшихся летучих веществ образовались океаны; позднее отделились континенты, и наконец, появился Человек. Бюффон провел некоторые грубые эксперименты по измерению скорости остывания небольших масс различных веществ. Экстраполируя полученные результаты на массу размером с Землю, он получил общее время остывания около 75 тыс. лет, тем самым предвосхитив кельвиновский метод оценки возраста Земли.
В 1828 г. Кордье1 провел измерения температур в шахтах и определил величину геотермического градиента у поверхности Земли, равную 30°С/км, что удивительно хорошо согласуется с современными данными. Это послужило дополнительным свидетельством горячего состояния земных недр, что связывалось (поскольку радиоактивность была тогда неизвестна) с первичным расплавленным состоянием.
Дальнейшим развитием модели остывающей Земли был вывод о том, что отвердевшая кора должна коробиться, образуя горы, по мере того как внутренние области остывали и сокращались в объеме. Однако на пороге нынешнего столетия, когда было, открыто радиоактивное выделение тепла, потребовалось новое объяснение процесса образования горных поясов, так как выяснилось, что Земля развивается значительно более длительное время и если и остывает, то совсем немного. Тем не менее ранние геологи были правы, когда рассматривали внутреннее тепло как крупный источник энергии, поднимающей земную поверхность и противодействующей разрушительным силам эрозии, которые питаются солнечной энергией.
Издавна внимание привлекали землетрясения
Естественно, что издавна внимание привлекали землетрясения. Среди объяснений, которые предлагались для них в античные времена, были движение внутренних вод, поддерживающих поверхность Земли, прорывы подземного огня, обрушение пещер. В средние века эти физические, хотя и туманные, идеи сменились анималистскими объяснениями; например, серьезно говорилось о беспокойных движениях некой гигантской змеи, обитающей в морских глубинах. Начало современным представлениям положили Гук, установивший в 1705 г., что землетрясения связаны с движениями поверхности суши, и Маллет (1810-1881), обнаруживший в середине прошлого века, что при землетрясениях большая часть разрушений обусловлена не крупными подвижками самих массивов суши, а волнами, которые возникают при этих подвижках и расходятся во все стороны от своего источника. С большой проницательностью Маллет предположил, что, определяя время прибытия сейсмических волн, прошедших прямо через тело Земли, можно расширить наши знания о земных недрах. Он оказался прав: сейсмология стала теперь одним из важнейших методов изучения внутренних областей Земли.
Землетрясения, извержения вулканов и геологически недавние изменения уровня моря
Землетрясения, извержения вулканов и геологически недавние изменения уровня моря, о чем свидетельствует непрерывно увеличивающееся число данных, делают все определеннее тот факт, что Земля не только изменялась в прошлом, но и теперь остается динамичной планетой. Какие же, однако, силы вызывали вертикальные движения и как Земля реагировала на эти силы? Один из ответов на такой вопрос пришел с несколько неожиданной стороны. Попытка Буге, предпринятая в 1735-1745 гг., «взвесить Землю» путем сопоставления гравитационного притяжения Земли и Анд показала, что горы, по всей видимости, имеют значительно меньшую массу, чем можно было бы ожидать, исходя из их объема. Позже этот эффект был обнаружен повсеместно, и в особенности в Гималаях во время исследований, проводившихся сэром Джорджем Эверестом и другими. Было высказано предположение, что дефицит масс обусловлен тем, что породы под горами имеют меньшую плотность, чем на соседних площадях. Но как это получилось? Случайностью это быть не могло, так как данное явление оказалось обычным, поэтому надо было искать механизм, который естественным образом приводил бы к такому состоянию. В 1855 г. Пратт и Эри независимо друг от друга опубликовали свои теории изостазии — представление о том, что поверхностные горные породы плавают на субстрате, состоящем из более плотных, но податливых пород, и земная поверхность оказывается выше там, где более легкие породы имеют большую мощность.
Это было только частичным объяснением горообразования, так как оставалось непонятным, каким образом более легкие породы могли накопиться в одном месте, образовав мощные массивы. Проблема была решена только недавно, с появлением теории тектоники плит. Тектоника плит-это развитие более ранней идеи о дрейфе континентов, впервые выдвинутой в связной форме в 1910 г. Альфредом Вегенером, немецким метеорологом. На основании различного рода данных о совпадении границ материков он заявил, что несколько сотен миллионов лет назад существовал единый сверхматерик, который затем распался на отдельные части. Представление о континентальном дрейфе получило широкое признание только в 1950-е годы, с расцветом палеомагнетизма, когда были получены независимые доказательства движения материков.
Примерно в это же время стали разрабатываться методы изучения тех двух третей земной поверхности, которые скрыты под водой, изучения тем более необходимого, поскольку все понимали, что дно океанов совершенно непохоже на поверхность континентов. Это различие получило объяснение в теории тектоники плит, которая была сформулирована в конце 1960-х годов и в отличие от гипотезы дрейфа континентов охватывала всю поверхность земного шара. Эта теория утверждает, что поверхность Земли разделена на несколько крупных кусков, или плит, которые с хорошим приближением можно считать жесткими, так что все виды тектонической активности приурочены главным образом к границам плит, где можно наблюдать относительное движение плит. Характер таких явлений, как землетрясения, вулканизм, горообразование и т.д., зависит от того, сходятся плиты или расходятся, и от того, какие участки плит граничат между собой — континентальные или океанические.
Все эти явления, охватывающие огромные площади земной поверхности,-изостазия, вулканизм, тектоника плит-вызываются, очевидно, процессами, происходящими глубоко в Земле, и поэтому их изучение способствовало тому, что интерес исследователей был сфокусирован на внутренних областях нашей планеты. Они, конечно, и составляют предмет данной книги, о них и пойдет речь в следующих главах.
galaktikaru.ru