Две группы планет. Земля, ее внутреннее строение и строение атмосферы

ФИЗИКА ПЛАНЕТНОЙ СИСТЕМЫ

ГЛАВА 4

По своим физическим характеристикам большие планеты объединяют в две группы:

1) планеты типа Земли (планеты земной группы), куда входят Меркурий, Венера, Земля и Марс;

2) планеты типа Юпитера (планеты-гиганты), куда входят Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

Приведем общие характеристики планет земной группы:

§ сравнительно небольшие размеры и масса;

§ большая средняя плотность;

§ наличие твердой поверхности.

Наибольшей по размерам и массе среди планет этой группы является Земля.

Приведем общие характеристики планет-гигантов:

§ значительные размеры и масса;

§ малая средняя плотность;

§ быстрое осевое вращение;

§ отсутствие твердой поверхности;

§ большое число спутников;

§ наличие вокруг планет колец.

Среди планет-гигантов наибольшими размерами и массой обладает Юпитер. Примерно 98 % суммарной массы планет Солнечной системы приходится на долю планет-гигантов.

Рассмотрим более подробно Землю и ее строение.

Земля — третья по счету от Солнца планета. На рис. 4.1 показано, как при наблюдении из космоса выглядит наша планета.

Рис. 4.1. Земля.

Земля имеет близкую к сфероиду форму. Средний экваториальный радиус планеты составляет 6378 км, масса примерно равна кг, средняя плотность составляет 5,5 г/cм³, ускорение свободного падения на экваторе 9,8 м/c².

Рассматривая физическое строение Земли по вертикали, можно убедиться, что она представляет собой ряд концентрических сферических или почти сферических оболочек: самая внешняя оболочка— газовая атмосфера, затем идет жидкая оболочка — гидросфера, которая частично покрывает основную массу планеты — литосферу. Литосфера и атмосфера в свою очередь разделяются на ряд сферических слоев, не одинаковых по своим физическим свойствам.

По химическому составу и физическим характеристикам в литосфере выделяют три основные сферические оболочки: твердая кора, мантия и ядро. Толщина коры составляет под океанами 6-10 км, под материками она увеличивается до 35-70 км. По химическому составу земная кора состоит преимущественно из оксидов кремния, алюминия, кальция, железа и магния. Кора отделяется от мантии отчетливой границей. Мантия, простирающаяся на глубину около 2920 км, состоит из вязкого расплавленного вещества. Именно здесь формируются очаги землетрясений и вулканизма. Под мантией располагается ядро — наиболее плотная часть планеты. Ядро подразделяется на внешнее ядро толщиной около 2200 км и внутреннее ядро радиусом около 1250 км. Ядро состоит в основном из железа с примесью сернистого железа. Вещество внешнего ядра обладает свойствами тягучей жидкости, а также электропроводностью. Внутреннее ядро твердое.

В атмосфере Земли выделяют тропосферу, стратосферу, мезосферу и термосферу.

Тропосфера — непосредственно прилегающий к земной поверхности слой атмосферы. Простирается она до высоты в 12-18 км. В тропосфере температура быстро (в среднем 6 град/км) падает с высотой (до -55°С). Причина этого состоит в том, что тропосфера нагревается инфракрасным излучением земной поверхности, которое очень сильно в ней поглощается из-за большого содержания водяного пара. Тропосфера содержит более 80 % массы всей атмосферы. Над тропосферой находится стратосфера (до высоты в 50-55 км), в которой температура мало меняется с высотой. На высоте 20-25 км начинается увеличение температуры. Причиной этого увеличения является экзотермическая (т.е. сопровождающаяся выделением тепла) фотохимическая реакция разложения озона

О3 + hn ® O2 + О.

(4.1)

В результате реакции (4.1) озон поглощает ультрафиолетовое излучение в области от 2000 до 3000 Å, и это излучение разогревает атмосферу. Температура растет и у верхней границы стратосферы достигает около 0°С. Далее следует сравнительно теплая область атмосферы, называемая мезосферой (до высоты в 80-85 км). Озон, находящийся в мезосфере, служит своеобразным щитом, охраняющим нас от действия ультрафиолетового излучения Солнца. Без этого щита развитие жизни на суше в ее современных формах вряд ли было бы возможно. Над мезосферой расположен температурный минимум (-80°С). Выше простирается самый внешний слой атмосферы — термосфера, где температура вновь начинает расти. Рост температуры идет непрерывно до высоты около 400 км, где она достигает днем в эпоху максимума солнечной активности более 1500 °С. В эпоху минимума солнечной активности эта предельная температура может быть меньше 700 °С. Вещество термосферы представляет собой слабоионизированную плазму, образующуюся под действием жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. Поэтому термосферу называют также ионосферой. Термосфера простирается вплоть до высоты в 1800 км.

Земная атмосфера состоит по объему более чем на 78% из азота, почти на 21% из кислорода и из ничтожного количества остальных газов (аргона, углекислого газа, неона, гелия, водорода, метана и др.).

Земля обладает значительным магнитным полем, которое возникает благодаря гидродинамическим движениям в жидком металлическом ядре.

Дата добавления: 2013-12-12