Дослідження Землі

Йдеться про рідну планету, тому давайте подивимося, як проходило дослідження Землі. Більшість земної поверхні встигли вивчити до початку 20-го століття, включаючи внутрішню будову та географію. Загадковими залишалися Арктика та Антарктика. Сьогодні практично всі ділянки вдалося зафіксувати та нанести на карту завдяки фотографічному картуванню та радіолокаторам. Однією з останніх досліджених областей був острів Дарієн, розташований між Панамським Каналом та Колумбією. Раніше виконати огляд було складно через постійні дощі, густу рослинність і щільний хмарний покрив.

Вивчення глибинних особливостей планети тривалий час не проводили. До цього займалися дослідженням поверхневих формувань. Але після Другої світової війни взялися за геофізичні дослідження. Для цього використали спеціальні датчики. Але так можна було розглянути обмежену частину підповерхневого шару. Виходило пробратися лише під верхню кору. Максимальна глибина свердловини – 10 км.

Основні цілі та досягнення при дослідженні Землі

У дослідженні Землі вченими керує наукова цікавість, а також економічна вигода. Населення зростає, тому зростає попит на копалини, а також воду та інші важливі матеріали. Багато підземних операцій проводять для пошуку:

• нафти, вугілля та природного газу;
• комерційних (залізо, мідь, уран) та будівельних (пісок, гравій) матеріалів;
• підземних вод;
• порід для інженерного планування;
• геотермальних запасів для електрики та опалення;
• археології;

Також виникла потреба у створенні безпеки через тунелі, сховища, ядерні реакції та греблі.А це призводить до необхідності вміти передбачити силу та час землетрусу чи рівень підповерхневої води. Найактивніше землетрусами та вулканами займається Японія та США, тому що ці країни найчастіше переносять подібні лиха. Періодично свердловини бурять для профілактики.

Методологія та інструменти дослідження Землі

Слід знати, які методи дослідження планети Земля. У геофізиці використовують магнетизм, гравітацію, відбивні здібності, пружні чи акустичні хвилі, тепловий потік, електромагнетизм та радіоактивність. Більшість вимірів складає поверхні, але є супутникові і підземні.

Важливо розуміти, що внизу. Іноді не вдається видобути нафту лише через блок іншим матеріалом. Вибір методу ґрунтується на фізичних властивостях.

Дистанційне зондування

Використовується ЕМ-випромінювання від землі та відбита енергія у різноманітних спектральних діапазонах, здобутих літаками та супутниками. Методи ґрунтуються на використанні комбінацій зображень. Для цього ділянки фіксують із різних траєкторій та створюють тривимірні моделі. Їх також виконують з інтервалами, що дозволяє простежити зміну (зростання врожаю за сезон чи зміни від шторму та зливи).

Радарне проміння пробивається крізь хмари. Боковий видимий радіолокатор відрізняється чутливістю до зміни поверхневого нахилу та шорсткості. Оптико-механічний сканер реєструє теплу інфрачервону енергію.

Найчастіше використовують техніку Landsat. Ці відомості здобуваються мультиспектральними сканерами, розміщеними на деяких американських супутниках, які розташовані на висоті 900 км. Кадри охоплюють площу 185 км. Використовується видимий, ІЧ, спектральний, зелений та червоний діапазони.

У геології цю техніку застосовують для обчислення рельєфу, оголення гірських поріг та літології. Також вдається фіксувати зміни у рослинності, породах, знаходити підземні води та розподіл мікроелементів.

Магнітні методи

Не забуватимемо про те, що дослідження Землі проводять із космосу, надаючи не лише фото планети, а й важливі наукові дані. Можна обчислити повне земне магнітне поле або конкретних компонентів. Найбільш старий метод – магнітний компас. Зараз використовують магнітні баланси та магнітометри. Протонний магнітометр обчислює радіочастотну напругу, а оптико-накачувальний відстежує найменші магнітні флуктуації.

Магнітні зйомки проводять магнітометрами, що літають на паралельних лініях з віддаленістю 2-4 км і на висоті 500 м. Наземні дослідження розглядають магнітні аномалії, що відбулися в повітрі. Можуть розміщуватися на спеціальних станціях або кораблях, що переміщаються.

Магнітні ефекти формуються через намагніченість, створену осадовими породами. Скелі не здатні утримувати магнетизм, якщо температура перевищує 500 ° C, а це обмеження для глибини 40 км. Джерело має розташовуватися глибше і вчені вважають, що конвекційні струми генерують поле.

Методи гравітації

Космічні дослідження Землі включають різні напрямки. Гравітаційне поле можна визначити через падіння будь-якого об'єкта в умовах вакууму, обчислення періоду маятника чи іншими способами. Вчені використовують гравіметри - вага на пружині, здатна розтягуватися і стискатися. Вони діють із точністю до 0.01 міліграма.

Відмінності у гравітації відбуваються через локальну площину.На визначення даних йде кілька хвилин, але обчислення позиції та висоти займає більше часу. Найчастіше щільність осадових порід зростає з глибиною, тому що тиск підвищується і втрачається пористість. Коли витяги переносять скелі ближче до поверхні, то формують аномальні тяжкості. Негативні аномалії викликають і корисні копалини, тому розуміння гравітації може вказати на джерело нафти, а також розташування печер та інших підземних порожнин.

Методи сейсмічної рефракції

Науковий метод дослідження Землі ґрунтується на обчисленні часового інтервалу між початком хвилі та її прибуттям. Хвиля може утворитися вибухом, вагою, повітряною бульбашкою і т.д. Для її пошуку використовують геофон (суша) та гідрофон (вода).

Сейсмічна енергія приходить до детектора різними шляхами. Спочатку, поки хвиля близька до джерела, вона вибирає найкоротші доріжки, але зі збільшенням дистанції починає виляти. Крізь тіло можуть проходити два різновиди хвиль: Р (первинні) та S (вторинні). Перші виступають хвилями стискування та переміщаються на максимальному прискоренні. Другі - зсувні, що рухаються з невеликою швидкістю і не здатні пройти крізь рідину.

Головний різновид поверхневого типу – хвилі Релея, де частинка переміщається еліптичним шляхом у вертикальній площині від джерела. Горизонтальна частина є головною причиною землетрусів.

Більшість інформації про земну структуру грунтується на аналізі землетрусів, оскільки вони генерують відразу кілька хвильових режимів. Всі вони відрізняються за компонентами руху та напрямку. В інженерних дослідженнях залучають дрібну сейсмічну рефракцію. Іноді досить простого удару кувалдою.Також їх застосовують виявлення несправностей.

Електричні та ЕМ-методи

При пошуку корисних копалин методи залежать від електрохімічної активності, зміни питомого опору та ефектів діелектричної проникності. Сам потенціал ґрунтується на окисленні верхньої поверхні металевих сульфідних мінералів.

Резистивність використовує передачу струму від генератора до іншого джерела та визначає різницю потенціалів. Питомий опір породи залежить від пористості, солоності та інших факторів. Скелі з глиною наділені низьким питомим опором. Цим способом можна вивчати підводні води.

Зондування точно обчислює, як питомий опір змінюється із глибиною. Струми з діапазоном 500-5000 Гц проникають глибоко. Частота допомагає визначити рівень глибини. Природні струми індукуються через обурення в атмосфері або атаку верхнього шару сонячним вітром. Вони охоплюють широкий діапазон, тому дозволяють досліджувати різні глибини ефективніше.

Але електричні методи не здатні проникнути надто глибоко, тому не дають повноцінних відомостей про нижні шари. Але з їхньою допомогою можна вивчити металеві руди.

Радіоактивні методи

Цим способом можна виявити руди чи гірські породи. Найбільш природна радіоактивність надходить від урану, торію та радіоізотопу калію. Сцинтилометр допомагає виявити гамма-промені. Головний емітер – калій-40. Іноді скелю спеціально опромінюють, щоб виміряти вплив і реакцію у відповідь.

Геотермічні методи

Обчислення температурного градієнта призводить до визначення аномалії теплового потоку. Земля наповнена різними рідинами, хімічний склад та переміщення яких визначаються чутливими детекторами.Елементи трасування іноді пов'язані з вуглеводнями. Геохімічні карти допомагають знайти промислові відходи та забруднені ділянки.

Розкопки та вибірка

Щоб ідентифікувати різні види палива, потрібно видобути зразок. Багато свердловини створюються обертальним способом, де рідина циркулює через долото для змащування та охолодження.

Висновки про земні глибини

Про форму дізналися в 1742-1743 рр., а середню щільність і масу обчислив Генрі Кавендіш в 1797 році.

Наприкінці 1500-х рр. Вільям Гілберт вивчив магнітне поле. З того моменту дізналися про дипольний характер і зміну геомагнітного поля. -40 км. Межа мантії та ядра – розрив. Гутенберга (глибина – 2800 км). Зовнішнє ядро ​​рідке, тому що не пропускає поперечні хвилі.

У 1950-х рр.. трапилася революція в розумінні нашої планети. субдукції.

Про океанічну кору дізналися завдяки серії свердловин. У рифтових ділянках матеріал з мантійних колодязів охолоджується і твердіє.Але релікти досягають віку 3.8 млрд. років.

Континентальна кора набагато старша і формувалася складніше, тому її важче вивчати. У 1975 році команда вчених використовувала сейсмічні методи, щоб знайти поклади нафти. У результаті їм вдалося виявити кілька низькокутових тягових листів під горами Аппалачі. Це позначилося на теорії формування континентів.

Після Другої світової війни ентузіасти із усього світу намагалися знайти місця ядерних вибухів. Це допомогло провести величезну кількість вимірів землетрусів і стало основним джерелом визначення земної структури.

Сучасні дослідження планетарних глибин будуються на обчисленні поперечних хвиль. Сейсмічний томографічний аналіз фіксує відмінності у швидкості земної поверхні та допомагає знайти мантійні струмені. Нижче подано знаменні дати вивчення планети Земля та космічні апарати, які використовували для цих цілей.

• 1960: НАСА запускає TIROS – перший метеорологічний супутник.
• 1972: Запущено супутник Landsat 1.
• 1987: Було визначено причини озонової дірки над Антарктидою.
• 1992: Американо-французька місія TOPEX/Poseidon розпочинає вимірювання поверхні моря.
• 1997: Місія TOPEX/Poseidon за зародженням одного з найбільших Ель-Ніньо 20-го століття.
• 1997: Американо-японська місія Tropical Rainfall Measuring виведена на орбіту для створення 3D-карти структури шторму.
• 1999–2006: Запускається серія супутників для проведення глобальних спостережень за Землею.
• 2006: продовжується вивчення озонової діри над Антарктидою.
• 2007: Арктичний морський лід досягає свого мінімуму з початку супутникових спостережень.
• 2009: НАСА та Японія випускає найточнішу топографічну карту Землі.
• 2011: НАСА запускає Водолій – свій перший прилад для вимірювання солоності океану.

Вчені: Земля стане непридатною для життя через 250 мільйонів років

Здається, у людства з'явилася ще одна вагома причина якнайшвидше відшукати в найближчому Всесвіті відповідну для переселення планету і розробити хоч якийсь спосіб туди дістатися. Тому що часу на це залишилося набагато менше, ніж ми думали.

Якщо точніше — близько 250 млн. років, і це ще за найоптимістичнішими підрахунками.

Після цього часу, стверджують автори дослідження, опублікованого в журналі Nature Geoscience, земні материки зіллються воєдино, розташувавшись переважно в тропічних широтах і вздовж екватора.

А це, у поєднанні з змінами клімату, що продовжуються, призведе до того, що 96% суші на нашій планеті стане абсолютно непридатною для життя будь-яких ссавців.

Включно і з вами.

«Здається, у майбутньому житті дійсно доведеться зіткнутися з ще більшими труднощами, — заявила професор Німецького центру дослідження Землі в Потсдамі Ханна Девіс, до якої Nature звернувся за коментарем. — І від однієї цієї думки вже дещо депресивно стає».

Час пішов?

Наскільки довго залишилося існувати Сонячній системі — а разом із нею та нашою планетою, — вчені давно приблизно підрахували.

Тут ми публікуємо лише головні новини та найцікавіші тексти. Канал доступний для неросійських номерів.

Кінець історії Реклама WhatsApp-каналу

Сформувавшись близько 4,5 млрд років тому, наша зірка продовжить випромінювати світло і тепло ще приблизно стільки ж (навіть трохи більше), поки там не вичерпається запас термоядерного палива.

Після цього Сонце почне повільно згасати, поступово розростаючись в обсязі, доки не поглине спочатку Меркурій, потім Венеру, а ймовірно, і нашу Землю.

Втім, непридатною для життя людини вона стане куди раніше (приблизно в 20 разів) — лише через якихось 250 млн років.

Принаймні, саме такого висновку дійшла команда вчених з Брістольського університету, яка розрахувала траєкторію руху ділянок земної кори і розташованих на поверхні нашої планети материків, а також кліматичні зміни, що супроводжують це.

Судячи з результатів проведеного дослідження (з використанням найскладніших математичних моделей), за чверть мільярда років розкидані зараз планетою материки зіллються один з одним, сформувавши єдиний суперконтинент.

Якщо не надто сильно вдаватися до подробиць, станеться це приблизно таким чином.

Африка та Євразія продовжать зближуватись один з одним, з двох сторін стискаючи в кільце Аравійський півострів, після чого об'єднаний Афро-Євразійський континент вріжеться до Америки.

Атлантичний океан у результаті притиснеться до розмірів двох внутрішніх морів. Одне — між сучасними Канадою та Габоном, інше — між нинішніми Мексикою та Південною Африкою.

Мадагаскар виявиться затиснутим між Африкою та Бразилією, перекривши водам Індійського океану шлях до Тихого (і того, що залишилося від Атлантичного).

Земля чи Арракіс?

Побічним ефектом такого злиття стане різко зростання рівня вулканічної активності на планеті — і, як наслідок, катастрофічне підвищення концентрації в земній атмосфері вуглекислого газу.

Це, у свою чергу, неминуче посилить парниковий ефект, внаслідок чого переважна частина суші (понад 90%) залишиться безплідною, а величезні регіони перетворяться на випалену сонцем пустелю.

Щоб якнайточніше відповісти на питання про кліматичні умови нового суперконтиненту, автори дослідження створили найскладнішу математичну модель, постаравшись максимально врахувати всі можливі фактори, відомі на сьогоднішній день науці.

Результати обчислень вказують на те, що в літній період більша частина єдиного материка буде прогріватися до температури понад 40 °C, висушивши річки, що залишилися.

Автор фото, Getty Images

Підпис до фото, Земля стане схожою на пустельну планету Арракіс із культової книги фантаста Френка Герберта «Дюна»

За словами авторів роботи, остаточно втративши воду, центральні регіони суперконтиненту звернуться у результаті в пустелі, де ссавці просто не виживуть — «за винятком деяких спеціалізованих видів».

Якщо на сьогоднішній день для життя людини придатні приблизно дві третини земної поверхні, то через 250 млн років підтримувати життя зможуть лише прибережні та полярні регіони планети, що в сукупності становлять лише близько 8% її поверхні.

Як стверджують автори дослідження, це неминуче призведе до масового вимирання — причому далеко не лише ссавців, а всього живого загалом — тобто більшості відомих видів тварин і рослин.

Якщо виходити з того, що до цього моменту на Землі все ще житимуть люди, можливо, їм вдасться знайти якийсь спосіб адаптуватися до нових умов — хоча сценарій малює в уяві картину, що нагадує культовий роман «Дюна» американського фантаста Френка Герберта.

«Чи стануть люди в результаті більш адаптованими до життя в умовах пустелі? — запитує професор Девіс.

«Здається мені, набагато кращим буде варіант, якщо нам вдасться [до цього часу] покинути планету і знайти більш придатне для життя місце», - робить висновок вона.

Підпишіться на нашу імейл-розсилку, і щовечора з понеділка по п'ятницю ви отримуватимете найголовніші новини за день, а також контекст, який допоможе вам розібратися в тому, що відбувається.

Земля

Області знань: Географія, Планетні тіла Сонячної системи, Загальна фізична географія, Землезнавство Маса: 5.9733×10 24 кг Маса: 1 мас Землі Екваторіальний радіус: 6378,1366 км Полярний радіус: 6356,770 км33 стиснення: 0,00335 Середня щільність: 5518 кг/м³ Перша космічна швидкість: 7,910 км/с Друга космічна швидкість: 11,186 км/с Прискорення вільного падіння на екваторі: 9,780 м/с² Велика піввісь орбіти: 1 а. е. Ексцентриситет орбіти: 0,017 Відстань від Сонця в перигелії: 0,983 а.

Земля

Земля, третя за віддаленістю від Сонця планета Сонячної системи, найбільша з планет земної групи, до якої входять також Меркурій, Венера та Марс.

Головною відмінністю Землі від інших планет Сонячної системи є наявність на ній життя .

Загальні відомості

Згідно з сучасними уявленнями, Земля у складі Сонячної системи утворилася близько 4,5 млрд років тому внаслідок гравітаційного стиску первинної газово-пилової хмари. При цьому розміри хмари зменшувалися, швидкість обертання зростала, що призвело до сплощення хмари і формування диска. Схема внутрішньої будови та динаміки твердої Землі. Схема внутрішньої будови та динаміки твердої Землі. При стисканні газово-пилової хмари почалося зростання його температури, у центральній області сформувалася зірка Сонце. У зовнішніх областях щодо холодного диска рахунок гідродинамічних обурень стали розвиватися окремі згущення – протопланети, які, акумулювавши дрібніші тіла у процесі акреції , перетворилися на планети сучасних розмірів.

p align="justify"> При формуванні Землі відбувалися диференціація речовини і поступовий розігрів надр в основному за рахунок теплоти, що виділялася при розпаді радіоактивних хімічних елементів (урану, торію та ін). В результаті диференціації стався поділ планети на ядро ​​(рідке та тверде), мантію та кору. Сукупність цих оболонок, обмежених твердою земною поверхнею, називають (у певній мірі умовно) твердою Землею. За її межами знаходяться зовнішні оболонки - водна (гідросфера) і повітряна (атмосфера), які сформувалися з пар і газів, що виділилися з надр Землі при дегазації мантії (табл. 1).

Таблиця 1. Схема будови Землі

Відстань від поверхні Землі до нижньої межі, км

Частка від маси
Землі, %

Вся Земля (без атмосфери)

* По верхній межі термосфери.

Земля має гравітаційне, магнітне та електричне поля.Дія гравітаційного поля Землі обумовлена ​​майже сферичною формою Землі, багато рис рельєфу земної поверхні, течія річок, рух льодовиків та інші процеси. Змодельоване зображення магнітного поля Землі. Потік сонячного вітру (на зображенні спрямований ліворуч) істотно впливає на форму геомагнітного поля, створюючи протяжний хвіст магнітосфери довжиною понад 1,5 млн км. Різними кольорами показана концентрація частинок плазми: помаранчевий колір відповідає найвищій концентрації, синій – найнижчій. Змодельоване зображення магнітного поля Землі. Потік сонячного вітру (на зображенні спрямований ліворуч) істотно впливає на форму геомагнітного поля, створюючи протяжний хвіст магнітосфери довжиною понад 1,5 млн км. Різними кольорами показана концентрація частинок плазми: помаранчевий колір відповідає найвищій концентрації, синій – найнижчій. Основне джерело магнітного поля Землі розташоване в ядрі планети. Область навколоземного простору, фізичні властивості якої визначаються магнітним полем Землі та його взаємодією із сонячним вітром, називається магнітосферою. З магнітним полем Землі тісно пов'язане її електричне поле. Тверда Земля несе негативний електричний заряд (близько –3·10 5 Кл), який компенсується об'ємним позитивним зарядом атмосфери, так що в цілому Земля, мабуть, електрично нейтральна.

Основним джерелом енергії, що надходить на Землю, є Сонце. Кількість променистої енергії Сонця, що потрапляє на майданчик, поставлений поза земною атмосферою перпендикулярно до сонячних променів на середній відстані Землі від Сонця, становить 1,367,6 кВт/м 2 і називається постійною сонячною. Основні геометричні та фізичні характеристики Землі наведені в табл. 2.

Таблиця 2. Геометричні та фізичні характеристики Землі