Какова главная особенность строения земли. Внутреннее строение слоев Земли — кора, мантия, ядро

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.

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.

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 о С) 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

Внутренне строение Земли – одна из самых интересных и малоизученных тем современных ученых. На сегодняшний день, у нас есть в десятки раз больше информации о космосе, чем о том, что происходит в самом сердце нашей планеты.Проникновение человека вовнутрь земной коры настолько мизерно, насколько жало комара может пробыть кожу человека. Все дело в том, что верхний слой всего Земного шара – это довольно плотная по своему составу земная кора. И чтобы пробурить в ней скважину, имея самое современное оборудование, нужно потратить несколько месяцев, а глубина ее будет составлять всего несколько километров.

А что такое несколько километров в сравнении с несколькими тысячами? Основную роль в изучении внутренних слоев Земли отдают сейсмологии. В идеале – это наука, которая изучает землетрясения. Но именно благодаря сейсмическим методам (природные землетрясения либо же искусственные взрывы) удалось выяснить, что вся внутренняя часть планеты условно делится на три части – земная кора, вязкая мантия и ядро.

Земная кора

Земная кора представляет собой твердую оболочку Земли и является верхней частью литосферы. Большая ее часть находиться под Мировым океаном и отсюда происходит деление коры на океаническую (занимает 21%) и континентальную (79%). Если взять общую массу планеты за 100%, то на кору приходится всего лишь 0,47 %. Для земной коры характерны постоянные горизонтальные и вертикальные движения, что приводит к образованию различных форм рельефа. Деление коры на материковую и океаническую обосновано ее отличаем в строении.

Материковая часть гораздо толще океанической, а ее граница не совпадает с береговой линией Мирового океана. С географической точки зрения считается, что прибрежные зоны, мелкие моря, заливы с глубиной до 200 метров являются продолжением континентальной части. Ведь, как показывают исследования, нахождения небольших водных объектов на той или иной территории – явление не постоянное. Океаническая часть коры начинается там, где глубина воды достигает 4 километров.

Материковую кору формируют три слоя:

• Осадочный – его толщина в некоторых местах достигает до 15 км. А свое название слой получил из-за того, что он состоит из осадков различного типа, которые в течении миллионов лет накапливались слой за слоем. Изучение этого слоя дает возможность ученым наблюдать за различными геологическими процессами, проследить этапы поднятия и опускания коры.
• Гранитный слой получил свое название в результате одинаковой скорости сейсмических волн в нем и в самом граните. Состоит он из пород кристаллического происхождения, которые образовались в результате поднятия магмы с глубин Земли.
• Базальтовый слой получил свое название так же благодаря скорости сейсмических волн в нем. Нижняя граница этого слоя может достигать 70 км в глубину и соответственно точный состав его никто не знает. По одним предположениям он состоит из базальтов, по другим – из метаморфических пород с высокой степенью метаморфизма.

Океаническая часть земной коры отличается по составу от материковой, хотя в своем строении она также имеет три слоя. Осадочный слой в океанической части в ширину достигает всего 1 км. Гранитный слой отсутствует, а на его месте находится малоизученная часть, которую чаще всего именуют как второй либо промежуточный слой. Ну и третий – это базальтовый слой, который по своему строению похож на материковый. Следует заметить, что толщина земной коры океанического типа всего 3-7 км, что гораздо меньше, чем материкового.

Мантия

Часть Земли, которая расположилась под земной корой, называется мантия. Это самая объемная часть, на ее массу приходиться 67%. Верхняя граница мантии находиться на глубине 30 км, а нижняя – 2900 км от поверхности. Промежуток между корой и мантией называют зоной Мохоровичича. В свой очередь сама мантия делится на несколько сфер: верхнюю (глубина до 900 км) и нижнюю мантии. Процессы, которые происходят в мантии, существенно влияют на поверхность Земли и на саму кору. Именно благодаря вязкому составу мантии, происходит движение литосферных плит, извержение вулканов, землетрясения и формирование различных рудных месторождений.

По одному из мнений ученых считается, что мантия состоит из элементов, которые во время образования планеты находились в твердом состоянии. Железо и магний объединились с диоксидом кремния и сформировали силикаты. Силикаты магния находятся в верхней части мантии, а с глубиной увеличивается количество силикатов железа. В нижней части мантии они разлагаются на оксиды. С увеличением глубины происходит значительное увеличение температуры и давления. Изучение мантии длительное время вызывает огромный интерес среди ученых всей планеты. Исследование пород, которые, по мнению ученых, входят в состав верхней и нижней мантии, привело их к выводу, что в нижней ее части находится значительно количество кремния. А для верхнего слоя характерны запасы воды, которые просачиваются туда через земную кору, а также способны подниматься обратно.

Ядро земного шара

В самом центре нашей планеты расположилось ядро, которое занимает 31,5% от всей массы Земли. Так же как и остальные внутренние составляющие планеты, ядро состоит из нескольких частей – внешнее и внутреннее ядро. По проведенным исследованиям было выяснено, что в составе ядра преобладает железно-никелевый сплав. Внешняя часть ядра имеет радиус около 2200 км, а по составу оно более жидкое. Внутренняя часть меньше по размеру, ее радиус 1300 км и она более плотная. Наша планета имеет магнитное поле, на создание которого непосредственное влияние оказывают внутренние структуры Земли.

Это говорит о том, что ядро должно быть электропроводником. Средняя плотность вещества, которое входит в состав ядра составляет 11 т/м3. Такая плотность может быть только у металла. Точный состав ядра не может выяснить ни один ученый, так как получить образцы из центра Земли просто нереально. А вся информация, которая есть в наличии, является лишь догадками и предположениями.

Анализируя все вышесказанное, можно сделать вывод, что внутреннее строение Земли очень сложное. С одной стороны все просто – кора, мантия, ядро. Но с другой – заглянуть вовнутрь мы не можем, чтобы быть 100% уверенными в том, что там происходит. Доказано, что планета образовалась из скопления различных кусков метеоритов, астероидов, комет, пыли и грязи. Все эти частички формировали Землю без определенного порядка. А говорит это о том, что первоначально во всех сферах были куски одного и того же состава. Для того, чтобы образовались географические оболочки, чтобы произошло выделение внутренних слоев Земного шара, должны были происходить гигантские процессы.

Анализирую динамику развития земной коры, мы в очередной раз убеждаемся, что эти процессы не угасают и сейчас. Миллиарды лет происходит движение литосферных плит, образование огромных впадин, излитие лавы, формирование гор. Потом это все разрушается и воздвигается заново. Все это возможно только при наличии огромной энергии и вещества, которые не перестают выделяться с недр Земли. Выяснить причины всех этих процессов и разгадать их взаимоотношение между собой – это главная задача ученых, на разгадку которой уйдет еще не одно десятилетие.

Такой вопрос, как строение Земли, интересует очень многих ученых, исследователей и даже верующих. С бурным развитием науки и техники с начала 18 века многие достойные труженики науки потратили немало усилий для того, чтобы понять нашу планету. Смельчаки спускались на дно океана, летали в самые высокие слои атмосферы, бурили громадной глубины скважины для исследования грунтов.

Сегодня существует достаточно цельная картина того, из чего состоит Земля. Правда, устройство планеты и всех ее областей все еще не известно на 100%, но ученые постепенно расширяют грани познания и получают все больше объективной информации по этому поводу.

Форма и размеры планеты Земля

Форма и геометрические размеры Земли — основные понятия, которыми она описывается, как небесное тело. В средние века считалось, что планета имеет плоскую форму, находится в центре Вселенной, а вокруг нее вращается Солнце и другие планеты.

Но такие смелые естествоиспытатели, как Джордано Бруно, Николай Коперник, Исаак Ньютон опровергли подобные суждения и математически доказали, что Земля имеет форму шара с приплюснутыми полюсами и вращается вокруг Солнца, а не наоборот.

Структура планеты очень многообразная, при том, что ее размеры достаточно невелики по меркам даже солнечной системы – длина экваториального радиуса составляет 6378 километров, полярного радиуса – 6356 км.

Длина одного из меридианов равняется 40008 км, а экватор простирается на 40007 км. Из этого также видно, что планета несколько «приплющена» между полюсами, ее вес составляет 5.9742 × 10 24 кг.

Земные оболочки

Земля состоит из многих оболочек, образующих своеобразные слои. Каждый слой является центрально симметричным по отношению к базовой центральной точке. Если визуально выполнить разрез грунта по всей его глубине, то откроются слои с разным составом, агрегатным состоянием, плотностью и т. д.

Все оболочки делятся на две большие группы:

1. Внутреннее строение описывается, соответственно, внутренними оболочками. Ими является земная кора и мантия Земли.
2. Внешние оболочки, к которым относится гидросфера и атмосфера.

Строение каждой оболочки является предметом изучения отдельных наук. Ученые до сих пор, в век бурного технического прогресса, не все вопросы выяснили до конца.

Земная кора и ее типы

Земная кора – это одна из оболочек планеты, занимающая только около 0,473% от ее массы. Глубина коры 5 — 12 километров.

Интересно отметить, что глубже ученые практически не проникали, а если провести аналогию, то кора – это как кожица на яблоке по отношению ко всему его объему. Дальнейшее и более точное изучение требует совершенно другого уровня развития техники.

Если смотреть на планету в разрезе, то по мере разной глубины проникновения внутрь ее структуры можно по порядку выделить такие типы земной коры:

1. Океаническая кора — состоит преимущественно из базальтов, находится на дне океанов под огромными слоями воды.
2. Континентальная или материковая кора — покрывает сушу, состоит из очень богатого химического состава, включающего на 25% кремний, на 50% кислород, а также 18% других основных элементов таблицы Менделеева. В целях удобного изучения этой коры ее еще делят на нижнюю и верхнюю. Наиболее древние относятся к нижней части.

Температура коры увеличивается по мере углубления.

Мантия

Основной объем нашей планеты составляет мантия. Она занимает все пространство между рассмотренной выше корой и ядром и состоит из многих слоев. Наименьшая толщина до мантии составляет около 5 — 7 км.

Современный уровень развития науки и техники не позволяет непосредственно изучать данную часть Земли, поэтому для получения информации о ней используют косвенные методы.

Очень часто рождение новой земной коры сопровождается ее контактом с мантией, что особенно активно происходит в местах под океанскими водами.

Сегодня считается, что существует верхняя и нижняя мантии, которые разделяются границей Мохоровичича. Проценты этого распределения просчитаны достаточно точно, но требуют уточнения в будущем.

Внешнее ядро

Ядро планеты также не является однородным. Огромные температуры, давление заставляют протекать здесь многие химические процессы, производится распределение масс, веществ. Ядро делится на внутреннее и внешнее.

Внешнее ядро имеет толщину около 3000 километров. Химический состав этого слоя: железо и никель, находящиеся в жидкой фазе. Температура среды здесь колеблется от 4400 до 6100 градусов по Цельсию по мере приближения к центру.

Внутреннее ядро

Центральная часть Земли, радиус которой примерно 1200 километров. Самый нижний слой, который также состоит из железа и никеля, а также некоторых примесей легких элементов. Агрегатное состояние этого ядра схоже с аморфным. Давление здесь достигает невероятных 3,8 млн. бар.

А вы знаете, сколько километров до ядра земли? Расстояние приблизительно 6371 км, что легко высчитывается, если знать диаметр и другие параметры шара.

Сравнение мощности внутренних слоев Земли

Геологическое строение порой оценивается таким параметром, как мощность внутренних слоев. Считается, что наиболее мощной является мантия, так как у нее самая большая толщина.

Внешние сферы земного шара

Планета Земля отличается от любого другого известного ученым космического объекта тем, что обладает еще и внешними сферами, к которым принадлежат:

• гидросфера;
• атмосфера;
• биосфера.

Методы исследования этих сфер значительно отличаются, ведь все они очень разнятся по своему составу и объекту изучения.

Гидросфера

Под гидросферой понимается вся водная оболочка Земли, включая как огромные океаны, занимающие примерно 74% поверхности, так и моря, реки, озера и даже небольшие ручьи и водоемы.

Наибольшая толщина гидросферы составляет около 11 км и наблюдается в районе Марианской впадины. Именно вода считается источником жизни и тем, что отличается наш шар от всех остальных во Вселенной.

Гидросфера занимает примерно 1,4 млрд. км 3 объема. Здесь кипит жизнь, и обеспечиваются условия для функционирования атмосферы.

Атмосфера

Газовая оболочка нашей планеты, надежно закрывающая ее недра от космических объектов (метеоритов), космического холода и других явлений, несовместимых с жизнью.

Толщина атмосферы составляет по разным оценкам около 1000 км. Возле поверхности грунта плотность атмосферы составляет плотность 1,225 кг/м 3 .

На 78% газовая оболочка состоит из азота, на 21% из кислорода, остальное приходится на такие элементы, как аргон, углекислый газ, гелий, метан и прочие.

Биосфера

В независимости от того, как изучают рассматриваемый вопрос ученые, биосфера составляет важнейшую часть структуры Земли – это та оболочка, которая населена живыми существами, включая и самих людей.

Биосфера не просто населена живыми существами, но еще и постоянно изменяется под их воздействием, в особенности, под воздействием человека и его деятельности. Целостное учение об этой сфере разработал великий ученый В. И. Вернадский. Самое это определение ввел австрийский геолог Зюсс.

Заключение

Поверхность Земли, а также все оболочки ее внешней и внутренней структуры являются очень интересным предметом исследования для целых поколений ученых.

Хоть на первый взгляд кажется, что рассмотренные сферы довольно разрозненны, но на самом деле они связаны нерушимыми связями. К примеру, жизнь и вся биосфера просто невозможны без гидросферы и атмосферы, те же, в свою очередь, берут начало из недр.

> > Из чего состоит Земля

Описание состава Земли для детей с фото: строение планеты на рисунке, из чего состоит кора, мантия и ядро, как выглядит верхняя оболочка, толщина слоев.

Земля - третья планета от Солнца, но и единственная пока планета в Солнечной системе и известной Вселенной, на которой проживает развитая форма жизни. Это родной дом, который детям будет полезно изучить. Давайте детально рассмотрим строение Земли, в чем помогут наши фото, схемы и рисунки.

Начать объяснение для детей про состав Земли следует с того, что мы живем на уникальной планете, так как на ней есть вода. Конечно, существуют и другие миры, а также спутники, где есть атмосфера, лед и даже океаны, но лишь нам повезло обладать всеми факторами для создания и поддержания жизни.

Для самых маленьких важно узнать, что земные океаны занимают примерно 70% всей поверхности, а в глубину уходят на 4 км. В жидкой форме пресная вода находится в реках, озерах и в форме атмосферного водяного пара, который приводит к большому погодному разнообразию.

Следует объяснить детям , что Земля многослойна. Внешний представлен корой. Его заполняют океанические бассейны и континенты. Земная кора занимает 5-75 км. Наиболее плотные части прячутся под континентами, а тонкие – под океанами. Теперь давайте изучим состав Земли по слоям: кора, мантия, ядро.

Кора Земли - объяснение для детей

Земная кора содержит такие элементы как: кислород (47%), кремний (27%), алюминий (8%), железо (5%), кальций (4%), и по 2% магния, калия и натрия. Она создана в виде гигантских пластин, которые двигаются по жидкой мантии. Важно объяснить детям , что, хотя мы и не замечаем, но плиты не прекращают движения. Когда они сталкиваются, мы ощущаем землетрясения, а если одна наедет на другую, то образуется глубокий окоп или горы. Эти движения описывает теория тектоники плит.

Мантия Земли - объяснение для детей

Далее, толщиною в 2890 км, располагается мантия. Она представлена силикатными породами, богатыми на магний и железо. Из-за интенсивного тепла создаются скалы. Затем они остывают и снова возвращаются к ядру. Полагают, что именно это приводит тектонические плиты в движение. Когда мантии удается пробиться сквозь кору, вы видите извержение вулкана.

Ядро Земли - объяснение для детей

Наверняка, даже для самых маленьких понятно, что внутри Земли расположено ядро. Интересно, что оно состоит из двух половинок: внутреннее (твердое) с радиусом в 1220 км окружено внешним (жидкое – сплав никеля и железа) с толщиною в 2180 км. Пока планета вращается в привычном темпе, внутреннее ядро делает обороты отдельно, образуя магнитное поле. Можно также рассказать детям о том, как формируются полярные сияния. Ведь для этого заряженным частичкам солнечного ветра нужно пройти в молекулы воздуха над магнитными полюсами планеты и тогда эти молекулы начинают сиять.

Теперь вы знаете из чего состоит Земля. Если детям или школьникам любого возраста будет любопытно узнать больше интересных фактов и подробностей о третьей планете от Солнца, то обязательно посетите остальные страницы раздела. Не забудьте воспользоваться 3D-моделью Солнечной системы, где показаны все планеты, а также карта Венеры, ее поверхность и особенности вращения по орбите. В остальном вам всегда помогут наши, фото, картинки, рисунки, а также онлайн телескоп, функционирующий в режиме реального времени. Строение Земли невероятно просто понять, если следовать визуальному ряду.

Земля относится к планетам земной группы, и, в отличие от газовых гигантов, таких как Юпитер, имеет твёрдую поверхность. Это крупнейшая из четырёх планет земной группы в Солнечной системе , как по размеру, так и по массе. Кроме того, Земля среди этих четырёх планет имеет наибольшие плотность, поверхностную гравитацию и магнитное поле . Это единственная известная планета с активной тектоникой плит.

Недра Земли делятся на слои по химическим и физическим (реологическим) свойствам, но в отличие от других планет земной группы, Земля имеет ярко выраженное внешнее и внутреннее ядро. Наружный слой Земли представляет собой твёрдую оболочку, состоящую главным образом из силикатов. От мантии она отделена границей с резким увеличением скоростей продольных сейсмических волн — поверхностью Мохоровичича. Твёрдая кора и вязкая верхняя часть мантии составляют литосферу. Под литосферой находится астеносфера , слой относительно низкой вязкости, твёрдости и прочности в верхней мантии .

Значительные изменения кристаллической структуры мантии происходят на глубине 410-660 км ниже поверхности, охватывающей переходную зону, которая отделяет верхнюю и нижнюю мантию. Под мантией находится жидкий слой, состоящий из расплавленного железа с примесями никеля, серы и кремния — ядро Земли. Сейсмические измерения показывают, что оно состоит из 2 частей: твёрдого внутреннего ядра с радиусом ~1220 км и жидкого внешнего ядра, с радиусом ~ 2250 км.

Форма

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду. Расхождение геоида с аппроксимирующим его эллипсоидом достигает 100 метров.

Вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем полярный. Высочайшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8848 м над уровнем моря), а глубочайшей — Марианская впадина (10 994 м под уровнем моря). Из-за выпуклости экватора самыми удалёнными точками поверхности от центра Земли являются вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре и гора Уаскаран в Перу.

Химический состав

Масса Земли приблизительно равна 5,9736·1024 кг. Общее число атомов, составляющих Землю, ≈ 1,3-1,4·1050. Она состоит в основном из железа (32,1 %), кислорода (30,1 %), кремния (15,1 %), магния (13,9 %), серы (2,9 %), никеля (1,8 %), кальция (1,5 %) и алюминия (1,4 %); на остальные элементы приходится 1,2 %. Из-за сегрегации по массе область ядра, предположительно, состоит из железа (88,8 %), небольшого количества никеля (5,8 %), серы (4,5 %) и около 1 % других элементов. Примечательно, что углерода , являющегося основой жизни, в земной коре всего 0,1 %.

Геохимик Франк Кларк вычислил, что земная кора чуть более, чем на 47 % состоит из кислорода. Наиболее распространённые породообразующие минералы земной коры практически полностью состоят из оксидов ; суммарное содержание хлора, серы и фтора в породах обычно составляет менее 1 %. Основными оксидами являются кремнезём (SiO 2), глинозём (Al 2 O 3), оксид железа (FeO), окись кальция (CaO), окись магния (MgO), оксид калия (K 2 O) и оксид натрия (Na 2 O). Кремнезём служит главным образом кислотной средой, формирует силикаты; природа всех основных вулканических пород связана с ним.

Внутреннее строение

Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твёрдых силикатных оболочек (коры, крайне вязкой мантии), и металлического ядра. Внешняя часть ядра жидкая (значительно менее вязкая, чем мантия), а внутренняя — твёрдая.

Внутреннее тепло

Внутренняя теплота планеты обеспечивается сочетанием остаточного тепла, оставшегося от аккреции вещества, которая происходила на начальном этапе формирования Земли (около 20 %) и радиоактивным распадом нестабильных изотопов: калия-40 , урана-238 , урана-235 и тория-232. У трёх из перечисленных изотопов период полураспада составляет более миллиарда лет. В центре планеты, температура, возможно, поднимается до 6000 °С (10,830 °F) (больше, чем на поверхности Солнца), а давление может достигать 360 ГПа (3,6 млн атм). Часть тепловой энергии ядра передаётся к земной коре посредством плюмов. Плюмы приводят к появлению горячих точек и траппов. Поскольку большая часть тепла, производимого Землёй, обеспечивается радиоактивным распадом, то в начале истории Земли, когда запасы короткоживущих изотопов ещё не были истощены, энерговыделение нашей планеты было гораздо больше, чем сейчас.

Больше всего энергии теряется Землёй посредством тектоники плит, подъёма вещества мантии на срединно-океанические хребты. Последним основным типом потерь тепла является теплопотеря сквозь литосферу, причём большее количество теплопотерь таким способом происходит в океане, так как земная кора там гораздо тоньше, чем под континентами.

Литосфера

Атмосфера

Атмосфера (от. др.-греч. ?τμ?ς — пар и σφα?ρα — шар) — газовая оболочка, окружающая планету Земля; состоит из азота и кислорода, со следовыми количествами водяного пара, диоксида углерода и других газов. С момента своего образования она значительно изменилась под влиянием биосферы . Появление оксигенного фотосинтеза 2,4-2,5 млрд лет назад способствовало развитию аэробных организмов, а также насыщению атмосферы кислородом и формированию озонового слоя, который оберегает всё живое от вредных ультрафиолетовых лучей.

Атмосфера определяет погоду на поверхности Земли, защищает планету от космических лучей, и частично — от метеоритных бомбардировок. Она также регулирует основные климатообразующие процессы: круговорот воды в природе, циркуляцию воздушных масс, переносы тепла. Молекулы атмосферных газов могут захватывать тепловую энергию, мешая ей уйти в открытый космос, тем самым повышая температуру планеты. Это явление известно как парниковый эффект. Основными парниковыми газами считаются водяной пар, двуокись углерода, метан и озон. Без этого эффекта теплоизоляции средняя поверхностная температура Земли составила бы от −18 до −23 °C (при том, что в действительности она равна 14,8 °С), и жизнь скорее всего не существовала бы.

В нижней части атмосферы содержится около 80 % общей её массы и 99 % всего водяного пара (1,3-1,5·1013 т), этот слой называется тропосферой . Его толщина неодинакова и зависит от типа климата и сезонных факторов: так, в полярных регионах она составляет около 8-10 км, в умеренном поясе до 10-12 км, а в тропических или экваториальных доходит до 16-18 км. В этом слое атмосферы температура опускается в среднем на 6 °С на каждый километр при движении в высоту. Выше располагается переходный слой — тропопауза, отделяющий тропосферу от стратосферы. Температура здесь находится в пределах 190-220 K.

Стратосфера — слой атмосферы, который расположен на высоте от 10-12 до 55 км (в зависимости от погодных условий и времени года). На него приходится не более 20 % всей массы атмосферы. Для этого слоя характерно понижение температуры до высоты ~25 км, с последующим повышением на границе с мезосферой почти до 0 °С. Эта граница называется стратопаузой и находится на высоте 47-52 км. В стратосфере отмечается наибольшая концентрация озона в атмосфере, который оберегает все живые организмы на Земле от вредного ультрафиолетового излучения Солнца. Интенсивное поглощение солнечного излучения озоновым слоем и вызывает быстрый рост температуры в этой части атмосферы.

Мезосфера расположена на высоте от 50 до 80 км над поверхностью Земли, между стратосферой и термосферой. Она отделена от этих слоёв мезопаузой (80-90 км). Это самое холодное место на Земле, температура здесь опускается до −100 °C. При такой температуре вода, содержащаяся в воздухе, быстро замерзает, иногда формируя серебристые облака. Их можно наблюдать сразу после захода Солнца, но наилучшая видимость создаётся, когда оно находится от 4 до 16° ниже горизонта. В мезосфере сгорает большая часть метеоритов, проникающих в земную атмосферу. С поверхности Земли они наблюдаются как падающие звёзды. На высоте 100 км над уровнем моря находится условная граница между земной атмосферой и космосом — линия Кармана .

В термосфере температура быстро поднимается до 1000 К, это связано с поглощением в ней коротковолнового солнечного излучения. Это самый протяжённый слой атмосферы (80-1000 км). На высоте около 800 км рост температуры прекращается, поскольку воздух здесь очень разрежён и слабо поглощает солнечную радиацию.

Ионосфера включает в себя два последних слоя. Здесь происходит ионизация молекул под действием солнечного ветра и возникают полярные сияния.

Экзосфера — внешняя и очень разреженная часть земной атмосферы. В этом слое частицы способны преодолевать вторую космическую скорость Земли и улетучиваться в космическое пространство. Это вызывает медленный, но устойчивый процесс, называемый диссипацией (рассеянием) атмосферы. В космос ускользают в основном частицы лёгких газов: водорода и гелия. Молекулы водорода, имеющие самую низкую молекулярную массу, могут легче достигать второй космической скорости и утекать в космическое пространство более быстрыми темпами, чем другие газы. Считается, что потеря восстановителей, например водорода, была необходимым условием для возможности устойчивого накопления кислорода в атмосфере. Следовательно, свойство водорода покидать атмосферу Земли, возможно, повлияло на развитие жизни на планете. В настоящее время большая часть водорода, попадающая в атмосферу, преобразуется в воду, не покидая Землю, а потеря водорода происходит в основном от разрушения метана в верхних слоях атмосферы.

Химический состав атмосферы

У поверхности Земли осушенный воздух содержит около 78,08 % азота (по объёму), 20,95 % кислорода, 0,93 % аргона и около 0,03 % углекислого газа. Объемная концентрация компонентов зависит от влажности воздуха — содержания в нём водяного пара, которое колеблется от 0,1 до 1,5 % в зависимости от климата, времени года, местности. Например, при 20 °С и относительной влажности 60 % (средняя влажность комнатного воздуха летом) концентрация кислорода в воздухе составляет 20,64 %. На долю остальных компонентов приходится не более 0,1 %: это водород, метан, оксид углерода, оксиды серы и оксиды азота и другие инертные газы, кроме аргона.

Также в воздухе всегда присутствуют твёрдые частицы (пыль — это частицы органических материалов, пепел, сажа, пыльца растений и др., при низких температурах — кристаллы льда) и капли воды (облака, туман) — аэрозоли. Концентрация твёрдых частиц пыли уменьшается с высотой. В зависимости от времени года, климата и местности концентрация частиц аэрозолей в составе атмосферы изменяется. Выше 200 км основной компонент атмосферы — азот. На высоте свыше 600 км преобладает гелий, а от 2000 км — водород («водородная корона»).

Биосфера

Биосфера (от др.-греч. βιος — жизнь и σφα?ρα — сфера, шар) — это совокупность частей земных оболочек (лито-, гидро- и атмосферы), которая заселена живыми организмами, находится под их воздействием и занята продуктами их жизнедеятельности. Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Она начала формироваться не ранее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она включает в себя всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает несколько миллионов видов растений, животных, грибов и микроорганизмов.

Биосфера состоит из экосистем, которые включают в себя сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющие обмен веществом и энергией между ними. На суше они разделены главным образом географическими широтами, высотой над уровнем моря и различиями по выпадению осадков. Наземные экосистемы, находящиеся в Арктике или Антарктике, на больших высотах или в крайне засушливых районах, относительно бедны растениями и животными; разнообразие видов достигает пика во влажных тропических лесах экваториального пояса.

Магнитное поле Земли

Магнитное поле Земли в первом приближении представляет собой диполь, полюсы которого расположены рядом с географическими полюсами планеты. Поле формирует магнитосферу, которая отклоняет частицы солнечного ветра. Они накапливаются в радиационных поясах — двух концентрических областях в форме тора вокруг Земли. Около магнитных полюсов эти частицы могут «высыпаться» в атмосферу и приводить к появлению полярных сияний.

Согласно теории «магнитного динамо», поле генерируется в центральной области Земли, где тепло создаёт протекание электрического тока в жидком металлическом ядре. Это в свою очередь приводит к возникновению у Земли магнитного поля. Конвекционные движения в ядре являются хаотичными; магнитные полюсы дрейфуют и периодически меняют свою полярность. Это вызывает инверсии магнитного поля Земли, которые возникают в среднем несколько раз за каждые несколько миллионов лет. Последняя инверсия произошла приблизительно 700 000 лет назад.

Магнитосфера — область пространства вокруг Земли, которая образуется, когда поток заряженных частиц солнечного ветра отклоняется от своей первоначальной траектории под воздействием магнитного поля. На стороне, обращённой к Солнцу, толщина её головной ударной волны составляет около 17 км и расположена она на расстоянии около 90 000 км от Земли. На ночной стороне планеты магнитосфера вытягивается, приобретая длинную цилиндрическую форму.

Когда заряженные частицы высокой энергии сталкиваются с магнитосферой Земли, то появляются радиационные пояса (пояса Ван Аллена). Полярные сияния возникают когда солнечная плазма достигает атмосферы Земли в районе магнитных полюсов.