Земля, наш космический дом, обладает рядом уникальных характеристик, которые делают её особенной среди планет Солнечной системы. Её средний радиус составляет около 6370 километров, при этом экваториальный радиус (6378 км) немного больше полярного (6357 км) из-за вращения планеты. Длина экватора — впечатляющие 40 076 километров. Общая площадь поверхности Земли достигает 510 миллионов квадратных километров, а объём — примерно 100 миллиардов кубических километров. Масса планеты колоссальна и равна 5,976 × 10^24 килограммов.
Движение Земли по эллиптической орбите приводит к тому, что расстояние до Солнца меняется в течение года: от 147 миллионов километров в перигелии (ближайшей точке) до 152 миллионов километров в афелии (самой удалённой точке). Земля занимает третье место по удалённости от Солнца, уступая Меркурию и Венере, и является пятой по размеру планетой в нашей системе. Для сравнения: диаметр Меркурия составляет лишь 0,38 от земного, а гигантский Юпитер превосходит Землю по диаметру более чем в 11 раз.
Колыбель жизни во Вселенной
Наблюдения астрономов и данные космических исследований однозначно свидетельствуют: Земля — единственная известная планета, на которой существует и бурно развивается биосфера. Природные условия нашей планеты оказались идеально подходящими для возникновения и поддержания жизни в тех формах, которые нам известны. Это уникальное положение — результат удачного сочетания космического расположения Земли и её физических свойств.
Планеты, расположенные ближе к Солнцу (например, Меркурий и Венера), получают слишком много солнечной энергии, что приводит к нагреву их поверхностей выше температуры кипения воды. Напротив, более удалённые небесные тела (как Марс или газовые гиганты) получают слишком мало тепла и сильно охлаждены. Кроме того, планеты с малой массой, такие как Меркурий или Марс, обладают слабой гравитацией, которая не способна удержать достаточно плотную и мощную атмосферу, необходимую для жизни.
Атмосфера и гидросфера: двигатели планетарной лаборатории
Именно существование атмосферы и гидросферы стало ключевым фактором для зарождения и эволюции жизни. Вода и газы постоянно взаимодействуют с каменной оболочкой планеты — литосферой (земной корой). Они разрушают горные породы, переносят и сортируют обломки, растворяют одни вещества и отлагают другие, запуская бесчисленное множество химических реакций.
Землю по праву можно назвать великой химической лабораторией в космосе. Вращение планеты и неравномерный нагрев её поверхности солнечными лучами приводят в постоянное движение воздушные и водные массы. Но активна не только внешняя оболочка: земная кора также находится в динамическом состоянии. Одни её участки поднимаются, другие — опускаются, она растрескивается, и через жерла вулканов на поверхность изливается расплавленное вещество глубин — магма. Осадочные породы, образовавшиеся на дне рек и морей, со временем погружаются в недра, где под влиянием высоких температур, давлений и действия подземных вод претерпевают глубокие превращения.
Так работает глобальная химическая лаборатория нашей планеты — в воде и воздухе, на поверхности и в глубинах. Главным источником энергии для этих процессов служит лучистая энергия Солнца. На Земле синтезируется огромное разнообразие простых и сложных химических соединений, включая органические молекулы, состоящие из углерода, водорода, кислорода и других элементов. Именно среди таких соединений когда-то появились первые молекулярные формы жизни, что стало возможным исключительно благодаря особым свойствам Земли как планеты.
Жизнь в условиях Земли
Многие характеристики живых организмов напрямую определяются земными условиями. Например, сила тяжести ограничивает максимальные размеры наземных животных — иначе они были бы раздавлены собственной массой. Химический состав живого вещества в целом соответствует общему составу биосферы, которая включает в себя атмосферу, гидросферу и верхнюю часть земной коры.
Изучение доступных и скрытых недр
Непосредственному исследованию доступна лишь малая часть Земли: атмосфера, гидросфера и верхние слои земной коры примерно до глубины 10 километров. О составе и строении всей земной коры учёные судят по горным породам и минералам, выходящим на поверхность, поскольку в каменной оболочке, как и в других геосферах, действуют медленные, но постоянные круговороты вещества. Из-за высокой плотности и вязкости горных пород эти процессы крайне замедлены, но за миллионы лет целые пласты могут погрузиться на десятки километров в недра и вновь вернуться на поверхность. Отдельные участки земной коры также подвижны в горизонтальном направлении, что подтверждается гипотезой о дрейфе материков.
Изучение глубоких недр планеты представляет собой гораздо более сложную задачу. Ниже земной коры, на глубине от 15 до 75 километров (граница Мохоровичича, или Мохо), начинается мантия. В её верхней части выделяется слой пониженной плотности и вязкости — астеносфера. Плотность мантии увеличивается с глубиной от 3 до 6 г/см³, то есть она в 3–6 раз плотнее воды. Мантия простирается до глубины 2900 километров и обычно делится на четыре слоя. Химический состав и температурный режим мантии до сих пор во многом остаются загадкой. Известно, что в ней преобладают кремний и магний (отсюда условное название «сима»), в отличие от вышележащей земной коры («сиаль»), где главенствуют кремний и алюминий. Большинство процессов в мантии, по-видимому, протекает очень медленно и затухает с глубиной, хотя некоторые учёные полагают, что она достаточно активна и вызывает грандиозные перемещения в земной коре, включая горизонтальный дрейф континентов. Окончательных доказательств этой теории пока нет.
Под мантией находится ядро, плотность которого в центре достигает 11 г/см³. Внешняя часть ядра находится в жидком состоянии. Споры о его составе не утихают: согласно одним гипотезам, оно состоит преимущественно из железа и никеля, согласно другим — из водорода, который под колоссальным давлением недр переходит в металлическое состояние.
Методы изучения планеты
Строение недоступных недр изучается в основном сейсмическими методами — по отражению и преломлению волн от землетрясений на границах различных слоёв. Подобные методы, исследующие физические свойства пород (магнитные, электрические, радиоактивные, сейсмические, гравитационные), объединяются под общим названием геофизики.
Строение земной коры и более глубоких недр является предметом изучения целого комплекса геологических наук (стратиграфии, литологии, структурной геологии, геофизики и др.). Особенности Земли как планеты исследует планетология. Данные этих наук имеют огромное значение для понимания общепланетарных геофизических закономерностей, а также процессов, протекающих в отдельных регионах.
Каждая геосфера — атмосфера, гидросфера, литосфера — живёт по своим ритмам и обладает уникальными особенностями. Однако все они неразрывно связаны с космическими процессами. Ведь наша планета — всего лишь крошечная пылинка рядом с ослепительным Солнцем, которое, в свою очередь, является песчинкой в нашей гигантской Галактике, лишь одной из бесчисленных областей необъятной Вселенной.