I. Введение

3. занимает пятое место по размеру и массе среди больших планет, но из планет т. н. земной группы, в к-рую входят Меркурий, Венера, Земля и Марс, она является самой крупной (см.

Планеты). Важнейшим отличием 3. от др. планет Солнечной системы является существование на ней жизни, достигшей с появлением человека своей высшей, разумной формы. Условия для развития жизни на ближайших к 3. телах Солнечной системы неблагоприятны; обитаемые тела за пределами последней пока также не обнаружены (см. Внеземные цивилизации). Однако жизнь - естественный этап развития материн, поэтому 3. нельзя считать единственным обитаемым космич. телом Вселенной, а земные формы жизни - её единственно возможными формами.

Согласно совр. космогонич. представлениям, 3. образовалась ~4, 5 млрд. лет назад путём гравитационной конденсации из рассеянного в околосолнечном пространстве газо-пылевого вещества, содержащего все известные в природе хим. элементы (см. Космогония). Формирование 3. сопровождалось дифференциацией вещества, к-рой способствовал постепенный разогрев земных недр, в основном за счёт теплоты, выделявшейся при распаде радиоактивных элементов (урана, тория, калия и др.). Результатом этой дифференциации явилось разделение 3. на концентрически расположенные слои - геосферы, различающиеся химич. составом, агрегатным состоянием и фи-зич. свойствами. В центре образовалось ядро Земли, окружённое т. н. мантией (см. Мантия Земли). Из наиболее лёгких и легкоплавких компонентов вещества, выделившихся из мантии в процессах выплавления (см. Зонное плавление), возникла расположенная над мантией земная кора. Совокупность этих внутренних геосфер, ограниченных твёрдой земной поверхностью, иногда называют " твёрдой" 3. (хотя это не совсем точно, поскольку установлено, что внешняя часть ядра обладает свойствами вязкой жидкости). " Твёрдая" 3. заключает почти всю массу планеты (см. табл. 1). За её пределами находятся внешние геосферы - водная (гидросфера) и воздушная (атмосфера), к-рые сформировались из паров и газов, выделившихся из недр 3. при дегазации мантии. Дифференциация вещества мантий 3. и пополнение продуктами дифференциации земной коры, водной и воздушной оболочек происходили на протяжении всей геологич. истории и продолжаются до сих пор.

Большую часть поверхности 3. занимает Мировой океан (361, 1 млн. км², или 70, 8%), суша составляет 149, 1 млн. км² (29, 2%) и образует шесть крупных массивов - материков: Евразию, Африку, Сев. Америку, Южную Америку, Антарктиду и Австралию (см. табл. 2), а также многочисленные острова. С делением суши на материки не совпадает деление на части света: Евразию делят на две части света - Европу и Азию, а оба американских материка считают за одну часть света - Америку, иногда за особую " океаническую" часть света принимают о-ва Тихого ок.- Океанию, площадь к-рой обычно учитывается вместе с Австралией.

* Сверху вниз по колонке вершины: Джомолунгма (Эверест), Килиманджаро, Мак-Кинли, Аконкагуа, массив Винсон, Косцюшко. Наиболее высокая вершина Океании - г. Джая, 5029 м (на о. Н. Гвинея).

Мировой океан расчленяется материками на Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый (см. табл. 3); некоторые исследователи выделяют приантарктич. части Атлантического, Тихого и Индийского океанов в особый, Южный, океан.

Северное полушарие 3.- материковое (суша здесь занимает 39% поверхности), а Южное - океаническое (суша составляет лишь 19% поверхности). В Западном полушарии преобладающая часть поверхности занята водой, в Восточном - сушей. Обобщённый профиль суши и дна океанов образует две гигантские " ступени" - материковую и океаническую.

Первая поднимается над второй в среднем на 4670 м (cp. высота суши 875 л; ср. глубина океана ок. 3800 м). Над равнинной поверхностью материковой " ступени" возвышаются горы, отдельные вершины к-рых имеют высоту 7-8 км и более. Высочайшая вершина мира - г. Джомолунгма в Гималаях - достигает 8848 м. Она возвышается над глубочайшим понижением дна океана (Марианский глубоководный жёлоб в Тихом ок. 11 022 м) почти на 20 км. См. Гипсографическая кривая.

3. обладает гравитационным, магнитным и электрич. полями. Гравитационное притяжение 3. удерживает на околоземной орбите Луну и искусственные спутники. Действием гравитационного поля обусловлены сферич. форма 3., многие черты рельефа земной поверхности, течение рек, движение ледников и др. процессы.

Магнитное поле создаётся в результате сложного двилсения вещества в ядре 3. (см. Земной магнетизм). В межпланетном пространстве оно занимает область, объём к-рой намного превосходит объём 3., а форма напоминает комету с хвостом, направленным от Солнца. Эту область наз. магнитосферой.

С магнитным полем 3. тесно связано её электрич. поле. " Твёрдая" 3. несёт отрицат. электрич. заряд, к-рый компенсируется объёмным положит. зарядом атмосферы, так что в целом 3., по-видимому, электронейтральна (см. Атмосферное электричество).

В пространстве, ограниченном внешним пределом геофизич. полей 3. (гл. обр. в магнитосфере и атмосфере), происходит последовательное и глубокое изменение первичных космических факторов - поглощение и преобразование солнечных и галактич. космических лучей, солнечного ветра, рентгеновского, ультрафиолетового, оптич. и радиоизлучений Солнца, что имеет важное значение для процессов, протекающих на земной поверхности. Задерживая большую часть жёсткой электромагнитной и корпускулярной радиации, магнитосфера и особенно атмосфера защищают от их смертоносного воздействия живые организмы.

3. получает 1, 7*10¹⁷ дж/сек (или 5, 4Х10²⁴ дж/год) лучистой энергии Солнца, но лишь ок. 50% этого количества достигает поверхности 3. и служит главным источником энергии большинства происходящих на ней процессов.

Поверхность 3., гидросферу, а также прилегающие слои атмосферы и земной коры объединяют под названием географической, или ландшафтной, оболочки. Географическая оболочка явилась ареной возникновения жизни, развитию к-рой способствовало наличие на 3. определённых физич. и химич. условий, необходимых для синтеза сложных органич. молекул. Прямое или косвенное участие живых организмов во многих геохимич. процессах со временем приобрело глобальные масштабы и качественно изменило гео-графич. оболочку, преобразовав химич. состав атмосферы, гидросферы и отчасти земной коры. Глобальный эффект в ход природных процессов вносит и деятельность человека. Ввиду громадного значения живого вещества как геол. агента вся сфера распространения жизни и биогенных продуктов была названа биосферой.

Совр. знания о 3., её форме, строении и месте во Вселенной формировались в процессе долгих исканий. Ещё в глубокой древности делалось много попыток дать общее представление о форме 3. Индусы, напр., верили, что 3. имеет форму лотоса. Вавилоняне, как и мн. др. народы, считали 3. плоским диском, окружённым водой. Однако ещё ок. 3 тыс. лет назад начали формироваться и правильные представления. Халдеи первыми заметили на основании наблюдений лунных затмений, что 3.- шарообразна. Пифагор, Парменид (6-5 вв. до н. э.) и Аристотель (4 в. до н. э.) пытались дать этому научное обоснование. Эратосфен (3 в. до н. э.) сделал первую попытку определить размеры 3. по длине дуги меридиана между городами Александрией и Сиеной (Африка). Большинство античных учёных считало 3. центром мира. Наиболее полно разработал эту геоцентрическую концепцию Птолемей во 2 в. Однако значительно раньше Аристарх Самосский (4-3 вв. до н. э.) развивал гелиоцентрические представления, считая центром мира Солнце. В ср. века представления о шарообразности 3. и её движении отрицались, как противоречащие священному писанию, и объявлялись ересью. Идея шарообразности 3. вновь завоевала признание лишь в эпоху Возрождения, с началом Великих географич. открытий. В 1543 Коперник научно обосновал гелиоцентрическую систему мира, согласно которой 3. и др. планеты обращаются вокруг Солнца. Но этому учению пришлось выдержать длительную жестокую борьбу с геоцентрич. системой, к-рую продолжала поддерживать христианская церковь. С этой борьбой связаны такие трагические события, как сожжение Дж. Бруно и вынужденное отречение от гелиоцентрич. представлений Г. Галилея. Окончательное утверждение гелиоцентрич. системы обязано открытию в нач. 17 в. И. Кеплером законов движения планет и обоснованием в 1687 И. Ньютоном закона всемирного тяготения.

Структура " твёрдой" 3. была выяснена гл. обр. в 20 в. благодаря достижениям сейсмологии.

Открытие радиоактивного распада элементов привело к коренному пересмотру многих фундаментальных концепций. В частности, представление о первоначально огненно-жидком состоянии 3. было заменено идеями о её образовании из скоплений холодных твёрдых частиц (см. Шмидта гипотеза). На основе радиоактивного распада были разработаны также методы определения абс. возраста горных пород, позволившие объективно оценивать длительность истории 3. и скорость процессов, протекающих на её поверхности и в недрах.

Во 2-й пол. 20 в. в результате использования ракет и спутников сформировались представления о верхних слоях атмосферы и магнитосфере. 3. изучают многие науки. Фигурой и размерами 3. занимается геодезия, движениями 3. как небесного тела - астрономия, силовыми полями - геофизика (отчасти астрофизика), к-рая изучает также физич. состояние вещества 3. и физич. процессы, протекающие во всех геосферах. Законы распределения химич. элементов 3. и процессы их миграции исследует геохимия. Вещественный состав литосферы и историю её развития изучает комплекс геологич. наук. Природные явления и процессы, происходящие в географич. оболочке и биосфере, являются областью наук географич. и биологич. циклов. Земных проблем касаются также науки, изучающие законы взаимодействия природы и общества.

II. ЗЕМЛЯ КАК ПЛАНЕТА

3.- третья по расстоянию от Солнца большая планета Солнечной системы. Масса 3. равна 5976*10²¹ кг, что составляет 1/448 долю массы больших планет и 1/330 000 массы Солнца. Под действием притяжения Солнца 3., как и др. тела Солнечной системы, обращается вокруг него по эллиптической (мало отличающейся от круговой) орбите. Солнце расположено в одном из фокусов эллиптич. орбиты 3., вследствие чего расстояние между 3. и Солнцем в течение года меняется от 147, 117 млн. км (в перигелии) до 152, 083 млн. км (в афелии). Большая полуось орбиты 3., равная 149, 6 млн. км, принимается за единицу при измерении расстояний в пределах Солнечной системы (см. Астрономическая единица). Скорость движения 3. по орбите, равная в среднем 29, 765 км/сек, колеблется от 30, 27 км/сек (в перигелии) до 29, 27 км/сек (в афелии). Вместе с Солнцем 3. участвует также в движении вокруг центра Галактики, период галактич. обращения составляет ок. 200 млн. лет, средняя скорость движения 250 км/сек. Относительно ближайших звёзд Солнце вместе с 3. движется со скоростью ~ 19, 5 км/сек в направлении созвездия Геркулеса.

Период обращения 3. вокруг Солнца, называемый годом, имеет несколько различную величину в зависимости от того, по отношению к каким телам или точкам небесной сферы рассматривается движение 3. и связанное с ним кажущееся движение Солнца по небу. Период обращения, соответствующий промежутку времени между двумя прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия, наз. тропическим годом. Тропич. год положен в основу календаря, он равен 365, 242 средних солнечных суток.

Плоскость земной орбиты (плоскость эклиптики) наклонена в совр. эпоху под углом 1, 6° к т. н. Лапласа неизменяемой плоскости, перпендикулярной гл. вектору момента количества движения всей Солнечной системы. Под действием притяжения др. планет положение плоскости эклиптики, а также форма земной орбиты медленно изменяются на протяжении миллионов лет. Наклон эклиптики к плоскости Лапласа при этом меняется от 0° до 2, 9°, а эксцентриситет земной орбиты от 0 до 0, 067. В современную эпоху эксцентриситет равен 0, 0167, убывая на 4*10^-7 в год. Если смотреть на 3., поднявшись над Сев. полюсом, то орбитальное движение 3. происходит против часовой стрелки, т. е. в том же направлении, что и её осевое вращение, и обращение Луны вокруг 3.

Естественный спутник 3.- Луна обращается вокруг 3. по эллиптической орбите на ср. расстоянии 384 400 км (~60, 3 ср. радиуса 3.). Масса Луны составляет 1: 81, 5 долю массы 3. (73, 5*10²¹ кг). Центр масс системы Земля - Луна отстоит от центра 3. на 3/4 её радиуса. Оба тела - 3. и Луна- обращаются вокруг центра масс системы. Отношение массы Луны к массе 3.- наибольшее среди всех планет и их спутников в Солнечной системе, поэтому систему 3.- Луна часто рассматривают как двойную планету.

3. имеет сложную форму, определяемую совместным действием гравитации, центробежных сил, вызванных осевым вращением 3., а также совокупностью внутренних и внешних рельефообразующих сил. Приближённо в качестве формы (фигуры) 3. принимают уровенную поверхность гравитационного потенциала (т. е. поверхность, во всех точках перпендикулярную к направлению отвеса), совпадающую с поверхностью воды в океанах (при отсутствии волн, приливов, течений и возмущений, вызванных изменением атм. давления). Эту поверхность наз. геоидом. Объём, ограниченный этой поверхностью, считается объёмом 3. (т. о., в него не входит объём той части материков, к-рая расположена выше ур. м.). Ср. радиусом 3. наз. радиус шара того же объёма, что и объём геоида. Для решения многих научных и практич. задач геодезии, картографии и др. в качестве формы 3. принимают земной эллипсоид. Знание параметров земного эллипсоида, его положения в теле 3., а также гравитационного поля Земли имеет большое значение в астродинамике, изучающей законы движения искусственных космич. тел. Эти параметры изучаются путём наземных астрономо-геодезич. и гравиметрич. измерений (см. Геодезия, Гравиметрия) и методами спутниковой геодезии.

Вследствие вращения 3. точки экватора имеют скорость 465 м/сек, а точки, расположенные на широте ф, - скорость 465соsф (м/сек), если считать 3. шаром. Зависимость линейной скорости вращения, а следовательно, и центробежной силы от широты приводит к различию значений ускорения силы тяжести на разных широтах (см. табл. 4).

Вращение 3. вокруг своей оси вызывает смену дня и ночи на её поверхности. Период вращения 3. определяет единицу времени - сутки. Ось вращения 3. отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23° 26, 5' (в сер. 20 в.); в совр. эпоху этот угол уменьшается на 0, 47" за год. При движении 3. по орбите вокруг Солнца её ось вращения сохраняет почти постоянное направление в пространстве. Это приводит к смене времён года. Гравитац. влияние Луны, Солнца, планет вызывает длительные периодич. изменения эксцентриситета орбиты и наклона оси 3., что является одной из причин многовековых изменений климата.

Период вращения 3. систематически увеличивается под воздействием лунных и в меньшей степени солнечных приливов (см. Вращение Земли). Притяжение Луны создаёт приливные деформации как атмосферы и водной оболочки, так и " твёрдой" 3. Они направлены к притягивающему телу и, следовательно, перемещаются по 3. при её вращении. Приливы в земной коре имеют амплитуду до 43 см, в открытом океане-не более 2 м, в атмосфере они вызывают изменение давления в неск. сот н/м ² (неск. мм рт. ст.). Приливное трение, сопровождающее движение приливов, приводит к потере системой Земля- Луна энергии и передаче момента количества движения от 3. к Луне. В результате вращение 3. замедляется, а Луна удаляется от 3. Изучение месячных и годичных колец роста у ископаемых кораллов позволило оценить число суток в году в прошлые геологич. эпохи (до 600 млн. лет назад).

Результаты исследований говорят о том, что период вращения 3. вокруг оси увеличивается в среднем на неск. мсек за столетие (500 млн. лет назад длительность суток составляла 20, 8 ч). Фактич. замедление скорости вращения 3. неск. меньше того, к-рое соответствует передаче момента Луне. Это указывает на вековое уменьшение момента инерции 3., по-видимому, связанное с ростом плотного ядра 3. либо с перемещением масс при тектонич. процессах. Скорость вращения 3. неск. меняется в течение года также вследствие сезонных перемещений воздушных масс и влаги. Наблюдения траекторий искусств. спутников 3. позволили с высокой точностью установить, что сплюснутость 3. неск. больше той, к-рая соответствует совр. скорости её вращения и распределению внутр. масс. По-видимому, это объясняется высокой вязкостью земных недр, приводящей к тому, что при замедлении вращения 3. её фигура не сразу принимает форму, соответствующую увеличенному периоду вращения. Поскольку 3. имеет сплюснутую форму (избыток массы у экватора), а орбита Луны не лежит в плоскости земного экватора, притяжение Луны вызывает прецессию - медленный поворот земной оси в пространстве (полный оборот происходит за 26 тыс. лет). На это движение накладываются периодич. колебания направления оси - нутация (основной период 18, 6 года). Положение оси вращения по отношению к телу 3. испытывает как периодические изменения (полюсы при этом отклоняются от ср. положения на 10-15 м), так и вековые (среднее положение сев. полюса смещается в сторону Сев. Америки со скоростью ~11 см в год, см. Полюсы географические).
[ris]

Б. Ю. Левин.