Геофизика - Физика в школе

Главное меню:

статьи

Геофизика

Геофизика, или физика Земли, — это комплекс наук, изучающих нашу планету и ее ближайшее окружение — Солнечную систему. Земля и другие небесные тела образовались около 4,6 млрд. лет назад. Именно таков возраст древнейших пород Земли, Луны и метеоритов. (Возраст породы отсчитывается с момента ее последнего плавления или конденсации из пыли, а определяется по относительному содержанию некоторых изотопов.)

Планеты рождались при столкновении малых небесных тел. Многочисленные следы падений крупных метеоритов — эти свидетельства древнейших событий — можно даже без бинокля видеть на поверхности Луны. При этом темные места Луны иногда имеют округлые очертаний — видны полустертые последующими столкновениями остатки огромных кратеров с возрастом 3 — 4 млрд. лет. А на Земле таких следов не осталось, и вот почему: наша планета жидкая!

Это утверждение звучит парадоксально, поскольку течения вещества Земли почти не заметны для нас. Они, однако, существуют, их скорость составляет несколько сантиметров в год. Легко высчитать, сколько времени потребуется для перемещения с такой скоростью на расстояние, равное диаметру земного шара. За это время, т. е. за 0,5 млрд. лет, земная поверхность меняется очень существенно, поэтому на Земле трудно найти древнейшие породы.

По-настоящему твердой является только тонкая (всего 20 — 40 км) оболочка — кора Земли, О внутреннем строении нашей планеты известно главным образом по данным сейсмологии — науки, изучающей распространение звука в земном шаре. С глубиной температура земных недр возрастает. Под действием высоких температур породы размягчаются, и вещество на глубинах от 40 до 400 км способно течь под действием долговременных нагрузок. Например, всего лишь около 10 тыс. лет назад при потеплении климата растаяли колоссальные ледники, покрывавшие Северную Европу и Канаду так же, как сейчас ими покрыты Антарктида и Гренландия. Когда земная кора освободилась от нагрузки двухкилометрового слоя льда, она начала подниматься. Этот подъем со скоростью в несколько миллиметров в год продолжается в Скандинавии и на севере Америки и сейчас, а обеспечивается он вязким течением верхней мантии.

Мантией называют весь слой глубиной от 40 до 2920 км, где температура недр повышается примерно до 4,5 тыс. градусов. В слое мантии плотность пород скачком увеличивается с 5,5 до 10 г/см³, а ниже его вещество Земли находится в расплавленном состоянии. Это так называемое жидкое ядро Земли радиусом 3450 км является жидким уже и в обычном смысле — оно течет даже под действием кратковременных нагрузок, возникающих в звуковых волнах. Регулярные течения этой жидкости с высокой электропроводностью, по-видимому, и приводят к появлению магнитного поля Земли (см. Магнитосфера). Наконец, в самом центре Земли есть еще внутреннее твердое ядро радиусом 1250 км, состоящее из вещества с плотностью около 13 г/см³.

Кора Земли, называемая еще литосферой, т. е. каменной оболочкой, состоит из отдельных плит, медленно перемещающихся друг относительно друга. Главные литосфер- ные плиты и их современные движения показаны на рис. Новая земная кора образуется в районах срединно-океанических хребтов, а старая кора, покрытая трехкилометровым слоем осадков, исчезает, «ныряя» под континенты. Взаимные перемещения плит, рождение и разрушение твердой коры Земли сопровождаются землетрясениями. Когда погружающаяся литосферная плита попадает в зону высоких температур, происходят химические реакции, преобразующие ее осадочный слой. При этом образуются газы и водяные пары, которые вулканами извергаются в атмосферу» и возможно, что органическое вещество осадков частично переходит в нефть.

Именно вулканическая деятельность и привела к появлению первичной атмосферы Земли, а вода, образовавшаяся при дифференциации вещества мантии, составила Мировой океан.

Кроме перечисленных направлений исследований геофизика изучает непостоянное во времени вращение Земли, ее истинную форму, взаимодействие Земли и Луны (приливы, замедление вращения), климат Земли и др.

Главная проблема экспериментальной гидроаэромеханики — изучение взаимодействия жидкостей и газов с твердыми телами, движущимися или покоящимися в них. В основе экспериментальных методов лежат либо аналогии, существующие между движением жидкости и газа и физическими процессами, удобными для воспроизведения, либо моделирование, Изучение потока жидкости или газа в уменьшенном масштабе ведут в аэродинамических трубах, опытовых бассейнах и т. д.