Географияземля в космическом пространстве. Геофизические поля Земли (гравитационное, магнитное, электрическое, тепловое); их происхождение Гравитационное и магнитное поля земли

План лекции

1.1.Форма и основные параметры Земли.

1.2. Гравитационное поле Земли.

1.3. Тепловое поле Земли.

1.4. Магнитное поле Земли.

Геология как наука, изучающая, прежде всего, нашу планету и ее верхнюю каменную оболочку, не оставляет без внимания и окружающей ильный мир - Вселенную. Это обусловлено тем, что в строении и Земли имеются определенные черты сходства и различия с планетами; некоторые геологические процессы непосредственно связаны с космическими явлениями.

Земля - типичная планета Солнечной системы – характеризуется наличием хорошо развитых внутренних и внешних оболочек.

1.1. Форма и основные параметры Земли

Под фигурой, или формой Земли, понимают форму ее твердого тела, образованную поверхностью материков и дном морей и океанов. Форма планеты определяется ее вращением, соотношением сил притяжения и центробежной силы, плотностью вещества и его распределением в теле

Геодезические измерения показали, что упрощенная фирма Земли приближается к ЭЛЛИПСОИДУ ВРАЩЕНИЯ (СФЕРОИДУ). Полярный радиус Rn 6356,8 км, экваториальный - 6378,2 км, разница между радиусами составляет 21,4 км.

Детальные измерения показали, что Земля имеет более сложную форму. Эта фигура, свойственная только Земле, получила название ГЕОИДА. В любой точке геоида вектор силы тяжести перпендикулярен к его поверхности, которая может быть получена продолжением поверхности Мирового океана под континентами. Именно поверхность геоида принимается за базовую при отсчете высот в топографии, геодезии, маркшейдерии.

Геоид и сфероид не совпадают, и расхождения между положением их поверхностей достигает 160 км (в СССР 100 м). По наиболее точным последним данным, установлено, что Земля имеет грушевидную форму (т.е. сердцевидного) трехосного эллипсоида.

Масса Земли составляет 5,977 10 21 т, объем 1,083 млрд.км 3 , площадь 510 млн. км 2 . Средняя плотность Земли равна 5,52 г/см 3 . Установлено, что внешняя, каменная часть земной коры имеет среднюю плотность 2,8 г/см 3 . Таким образом, чтобы общая плотность равнялась 5,52, внутренняя часть Земли должна быть плотнее, чем наружная. Возрастание плотности с глубиной можно объяснить различиями в составе и той огромной силой, с которой внешние части Земли давят на внутренние. Предполагается, что внутренне ядро имеет плотность около 13 г/см 3 ,что, по-видимому соответствует состоянию металлического железа при этом давлении.

1.2. Гравитационное поле Земли

Физические поля, создаваемые планетой в целом и отдельными изолированными телами, определяются совокупностью присущих каждому физическому объекту свойств. Важное значение имеет изучение геофизических полей при исследовании физических свойств горных пород в образцах и массиве. Изучение свойств и интерпретация полученных данных должны базироваться на знании общих и локальных закономерностей строения физических полей Земли.

Огромная масса Земли является причиной существования сил

притяжения, которые воздействуют на вое тела и предметы, находящиеся на ее поверхности. Пространство, в пределах которого проявляются силы притяжения Земли, называется полем силы тяжести или гравитационным полем (лат."гравитас"-тяжесть).Оно отражает характер распределения масс в недрах и тесно связано с фигурой Земли. Для каждой точки земной поверхности характерна своя величина силы тяжести, в центре Земли сила тяжести равна нулю.

Сила тяжести численно равна равнодействующей силы притяжения и центробежной силы Р, действующих на единицу массы вещества

В системе СGS величина силы тяжести выражается в галлах (см/сек В практике часто используются одной тысячной долей гала-миллигалом. Сила тяжести зависит от высотного положения местности, так как при этом изменяется расстояние до

центра Земли. Поэтому измерения силы тяжести принято приводить к одному

уровню, например уровню геоида или эллипсоида. Значение силы тяжести на поверхности Земли возрастает от экватора к полюсам с 978,049 до 963,235 гал. Среднее значение силы тяжести на поверхности геоида 981 гал.

величина силы тяжести зависит не только от высотного положения, но и от географической широты местности. На нее оказывает влияние и неравномерное распределение масс в недрах Земли. По этой причине возникают местные отклонения в значениях силы тяжести от теоретически вычисленных ее значений. Такие отклонения называются гравитационными аномалиями.

Различают положительные и отрицательные гравитационные аномалии. Положительные наблюдаются в том случае, когда в недрах земной коры залегают плотные массы (железные руды); отрицательные вызываются залеганиями легких масс (гипс, калийная соль) .Гравитационные аномалии выявляются с помощью гравиметров, маятниковыми приборами. По результатам измерений составляют гравиметрические карты, на которых с помощью изолиний показываются аномалии силы тяжести в миллигалах.

Изменения силы тяжести могут быть вызваны некоторыми явлениями, известными из астрономии, например замедлением или ускорением вращении Земли вокруг своей оси, изменениями фигуры и плотности Земли.

1.3. Тепловое поле Земли

Тепловое поле Земли образуется за счет внешних и внутренних источников. Главным источником внешней энергии является солнечное излучение. Лучистая энергия Солнца, получаемая земной поверхностью за год составляет5,44*10Дж. Около 55 % ее поглощается атмосферой, растительным покровом, почвой. Остальное количество энергии отражается в космос.

Источниками внутреннего тепла Земли являются следующие: радиоактивный распад элементов; энергия гравитационной дифференциации вещества; остаточное тепло и т.д

Получаемое солнечное тепло непосредственно нагревает горные породы и проникает лишь на небольшую глубину. Температура поверхности слоев изменяется в течение суток, сезона и года. С глубиной амплитуды колебания температуры убывают: сначала исчезает влияние суточных колебаний температуры воздуха, затем сезонных и, наконец, годовых. На некоторой глубине температура пород остается постоянной годы - пояс постоянной температуры. Выше него располагаются слои многолетних, сезонных и суточных колебаний.

Глубина залегания пояса постоянных температур меняется с широтой местности и с изменением теплофизических свойств в горных пород. В приэкваториальных областях пояс постоянной температуры достигнет 1-2 м, в средних широтах 20-30 м (в Москве - 20 м).

Постоянная температура этого пояса примерно равна средней годовой температуре приземного слоя данной местности (для Москвы +4,2°С, для Парижа +I8 ).Если среднегодовая температура местности ниже 0 , то атмосферные осадки и подземные воды превращаются в лед. Таково основное условие образования "вечной мерзлоты".

Начиная с пояса постоянных температур, отмечается постоянное повышение температуры пород с глубиной, которые характеризуется геотермической ступенью и геотермическим градиентом. ГЕОТЕРМИЧЕСКАЯ СТУПЕНЬ - численно равна количеству метров, на которое нужно углубиться для того, чтобы температура пород поднялась на 1 и имеет размерность м/град. ГЕОТЕРМИЧЕСКИЙ ГРАДИЕНТ - величина обратная и численно равен числу градусов, на которое повышается температура горных пород при углублении на 100 м (м/град).

Геотермическая ступень в среднем принимается равной 33 м/град, но ее значение в различных пунктах колеблется в широких пределах от 2 до 250 м/град. Часто величина геотермической ступени значительно отклоняется на различных глубинах одного и того же пункта. Это зависит: от различной теплопроводности и условий залегания горных пород, подземных вод, удаленности от морей и океанов, рельефа местности, геохимических условий.

Наибольшая температура пород в подземных горных выработках равна С и наблюдалась в медных рудниках Магны (США) на глубине 1200 м. Температура пород в шахтах Донбасса на глубине 800-1000 превышает , а на глубине 1545 м достигает 56,3 . Для освоения залежей полезных ископаемых, залегающих на больших глубинах и в районе многолетней мерзлоты, необходимо регулировать тепловой режим глубоких шахт и рудников.

1.4. Магнитное поле Земли

Вокруг земного шара и внутри его существуют магнитные поля. По данным космических исследований, оно простирается за пределы планеты на расстояние, превышающее десятикратный радиус Земли, образуя магнитосферу. Установлена сложная ассиметричная внешняя форма магнитосферы, непрерывно изменяющаяся по форме и силе. Со стороны Земли, освещенной Солнцем, магнитосфера значительно сжата, а с противоположной стороны - вытянута с образованием магнитного шлейфа.

Ассиметричность магнитосферы обусловлена воздействием солнечного ветра (космического излучения).

По данным I960 г граница магнетизма располагается на высоте 93 тыс.км. Величина магнитного поля Земли убывает примерно до высоты 43 тыс.км пропорционально кубу расстояния. В околоземном пространстве, за пределами земного магнетизма, существует магнитное поле межпланетного пространства. Природа магнитного поля Земли в настоящее время окончательно не выяснена. Известно, что воздействие на него процессов, происходящих в высоких слоях атмосферы, невелико и не превышает 6 %. На этом основании полагают, что магнитное поле связано с процессами, протекающими в глубоких недрах Земли. Магнитное поле влияет на ориентировку ферромагнитных минералов (магнетита, ильменита, гематита) в горных породах. Сильнее всего реагируют на магнитное поле ультраосновные и основные изверженнее (базальты, габбро) и красноцветные пески. Осадочного генезиса.

Полюса магнитного поля Земли не совпадают с географическими полюсами.

Основные характеристики магнитного поля следующие:

МАГНИТНОЕ СКЛОНЕНИЕ - угол между осью магнитной стрелки магнитным меридианов и географическим меридианом.

МАГНИТНОЕ НАКЛОНЕНИЕ - угол наклона магнитной стрелки к горизонту.

СИЛА магнитного поля Земли выражается векторной величиной - МАГНИТНЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ. Единицей измерения магнитной напряженности является одна стотысячная доля эрстеда, называемая гаммой ().

Отклонения элементов магнитного поля Земли называются магнитными аномалиями. Они обусловлены или залеганием больших магнитных масс (железные руды) или же нарушениями однородности геологического строения.

Самой крупной магнитной аномалией в мире, вызванной залеганием больших магнитных масс является КМА.

Изучение магнитного поля Земли широко используется для поисков месторождений полезных ископаемых, в том числе нефтяных и газовых.

Географические следствия формы и размеров Земли

Ещё древнегреческий учёный Аристотель предположил, что Земля, как и все другие планеты, имеет форму шара, однако более точно форму Земли можно назвать - геоид.

Земля - небольшая планета Солнечной системы. По своим размерам она превосходит только Меркурий, Марс и Плутон. Средний радиус Земли составляет 6371 км, при этом экваториальный радиус Земли больше полярного, т.е. Земля «сплющена» у полюсов, что вызвано вращением Земли вокруг своей оси. Полярный радиус Земли равен 6357 км, а экваториальный - 6378 км. Длина окружности Земли составляет примерно 40 тыс. км. А площадь поверхности нашей планеты составляет примерно 510 млн. км2.

Земля вращается вокруг Солнца и делает полный оборот за 365 дней 6 часов и 9 минут. «Лишние» часы и минуты образуют дополнительный день - 29 февраля, поэтому существует високосный год (год, кратный 4).

Земля также вращается вокруг своей оси, что приводит к суточной смене дня и ночи. Земная ось - воображаемая прямая, проходящая через центр Земли. Ось пересекает поверхность Земли в двух точках: Северном и Южном полюсах.

Земная ось наклонена на 23,5°, что приводит к смене времён года на нашей планете. Когда к Солнцу обращена область вокруг Северного полюса, в Северном полушарии лето, а в Южном - зима. Когда к Солнцу обращена область вокруг Южного полюса - наоборот. 22 июня Солнце стоит в зените над Северным тропиком - это самый длинный день в году в Северном полушарии, 22 декабря -¦ над Южным тропиком - это самый короткий день в Северном полушарии, по самый длинный в Южном. 21 марта и 23 сентября - дни весеннего и осеннего равноденствия - дни когда день равен ночи, а Солнце находится в зените над экватором.

Шарообразность Земли приводит к неравномерному нагреву земной поверхности. Приэкваториальные районы Земли (жарким тепловой пояс), размещающиеся между тропиками, получают максимальное количество солнечного тепла, в то время как полярные (холодные тепловые пояса) - минимальное, что приводит к отрицательным температурам в полярных широтах.

Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. Как читатель может помнить из уроков физики, движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля.

Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии.

Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по "направлению". Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Но об этом чуть ниже.

Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей).

Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро.

Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время "переходного периода" на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов.

Кроме "следов" плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких "движений" поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. "Толщина" магнитного поля в этом районе не превышает трети от "нормальной". Исследователи давно обратили внимание на эту "прореху" в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов.

Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально.

Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем "реперными точками" для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными.

Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля.

Сила тяжести - равнодействующая притяжения массы Земли и центробежной силы от вращения планеты. В экваториальных широтах она равна в среднем 978 галл, а в полярных возрастает до 983 галл, что связано как с фигурой Земли, так и с уменьшением с широтой центробежной силы.

О значении силы тяжести для географической оболочки выше говорилось в разных аспектах. Обобщим это, поскольку гравитационное поле Земли для ее природы имеет чрезвычайно важное значение.

1. Силами тяготения, превышающими силы сцепления, создана фигура Земли. В практике решается обратная задача: потенциал силы тяжести используется при изучении фигуры Земли.
2. Земное тяготение уплотнило внутреннее вещество Земли и, независимо от его химического состава, сформировало плотное ядро.
3. Ядро вместе с вращением Земли создало магнитосферу, роль которой для биосферы огромна.
4. Величина земного тяготения такова, что удерживает газовую оболочку, позволяя ускользать только легким элементам - гелию и водороду. Частично благодаря этому между земной атмосферой и Вселенной наблюдается газовое несоответствие: во Вселенной на водород приходится 93%, а в атмосфере Земли его ничтожно мало.
5. Атмосферное прикрытие обеспечивает существование гидросферы; в противном случае вода мгновенно испарилась бы и улетучилась.
6. Давление глубинных масс наряду с радиоактивным распадом порождает тепловую энергию - источник внутренних (эндогенных) процессов, перестраивающих литосферу.
7. Сила тяжести обусловливает стремление земной коры к изостатическому равновесию. Изостазия была обнаружена при изучении распределения силы тяжести. Горные хребты создают на поверхности дополнительную массу и должны вызывать увеличение силы тяжести, пропорциональное массе горной страны. В океанах 4-5 км сложены водой с плотностью около 1,0 г/см 3 , поэтому здесь сила тяжести должна быть меньше, чем в горах. Низменные равнины материков занимают промежуточное положение и должны иметь силу тяжести среднего значения. Измерения показали, что фактически сила тяжести на одной и той же параллели везде - на море, на низменной суше, в горных странах - в общем одинакова. Это значит, что в горах она меньше нормальной, или, как принято считать, здесь обнаруживается отрицательная гравиметрическая аномалия, на море сила тяжести больше расчетной, или ее аномалия положительная, на низменностях фактическая величина ее близка к теоретической, т. е. аномалии нет. Такое распределение силы тяжести и ее аномалии объясняют изостазией.
8. Астеносфера - размягченный теплом слой, допускающий движение литосферы,- тоже функция силы тяжести, поскольку расплавление вещества происходит при благоприятном соотношении количества тепла и величины сжатия - давления.
9. Шаровая фигура гравитационного поля определяет два основных вида форм рельефа на земной поверхности - конически и равнинные. Они соответствуют двум универсальным форма симметрии - конической и билатеральной (И. И. Шафранский). Над каждым малым и большим участком земной поверхности существует конусообразное поле земного тяготения. Оно отпечатывается на всех телах, которые растут на Земле. Если тело растет вверх, или, что то же самое, вниз, то оно приобретает форму, близкую к конической (горные вершины, вулканы, карстовые воронки, песчаные формы рельефа, деревья и т. д.). Если тело растет горизонтально, то сила тяжести делает его листообразным (дельты, аккумулятивные равнины, поверхности выравнивания и т. д.). Переход конических форм в плоские образует склоны. Весь рельеф литосферы в сущности склоновый.
10. Сила тяжести обусловливает гравитационный тектогенез - формирование структур земной коры и вообще движение масс литосферы под действием силы тяжести. Так как развитие рельефа есть перемещение вещества, то сила тяжести в нем играет одну из решающих ролей.
11. Земное тяготение определяет верхний предел высоты горных хребтов. Вздымание складок земной коры не может быть выше 9 км, ибо этому препятствует сила тяжести.
12. Сочетание гравитационного поля и конкретных тел на Земле создает диспропорциональность земного пространства. Несколько примеров раскроет его сущность. На малых телах, вплоть д горных хребтов, действуют силы сцепления, а на больших - горных странах, литосфере в целом, а тем более на всей Земле - силы тяготения, с чем и связана изостазия. В условиях земного гравитационного поля каждый тип животного имеет наиболее удобные для него размеры, изменение которых повлекло бы изменение и формы. Если длину, высоту и ширину животного уменьшить или увеличить в 10 раз, то масса его изменится в 1000 раз, а поверхность в 100 раз. Понятно, что при этом должно перестроиться все тело. Соотношение объемов, размеров и масс определяет парусность пыльцы и семян растений и способы их перенесения.
13. Сила тяжести в сочетании с размерами тел определяет силу поверхностного натяжения воды, с которой связаны поднятие ее по капиллярам и, следовательно, одна из сторон водного режима почвы.
14. Направление силы тяжести вниз, к центру Земли, помогает животным удерживать вертикальное положение.
15. В течении воды вниз и, следовательно, в работе рек гравитационное поле играет второстепенную роль. Первостепенное значение имеет энергия солнечной радиации, которая вызывает испарение воды и подъем пара на материки и в горы.

Форма Земли – геоид- не имеет правильной геометрической формы, Поэтому там, где это допустимо, поверхность геоида заменяется приближенными матем-ми моделями, в кач-ве которых принимает-ся в одних случаях земной сфероид, в других – земной шар. Земной сфероид – эллипсоид вращения получается вращением эллипса вокруг его малой оси b, совпадающей с осью вращения Земли, причем центр эллипсоида совмещается с центром Земли. Особенности строения фигуры Земли полностью учитываются при математической обработке высокоточных геодезических измерений. Ввиду малости сжатия при решении многих задач за фигуру Земли с достаточной для практических целей точностью можно принимать сфе-ру, равновеликую по объему земному эллипсоиду. Размеры которо-го: экваториальный радиус -6378 км, полярный радиус -6357 км, ср радиус 6371, длина меридиана 40009 км, длина экватора -40077 км, его диаметр 12756 км, поверх-ть З – 510 млн км2, ср выс суши 875 м, ср глуб МО 3800м.

Движение З-ли. Принято учитывать орбитальное и суточное вращения, движение системы Земля-Луна, изменение скорости вращения З-ли, а также колебание оси вращения. Орбитальное движение: движется по эллиптической орбите, в одной из фокусов которой расположено Солнце, скорость - 29,8 км\с, период - год. Скорость движения тем выше, чем меньше радиус - вектор (расстояние от Земли до Солнца). Оно в течении года меняется незначительно: в перигелии (начало января) оно уменьшается, в афелии увеличивается. Земная ось наклоненная по отношению к плоскости орбиты под углом 66 33. С наклоном земной оси связано наличие тропиков и полярных кругов. Время, за кото-рое земная ось описывает полный конус, называется прецессион-ным ритмом. Суточное вращение Земли вокруг оси против часовой стрелки, если смотреть с северного полюса. Следствия: 1) смена дня и ночи; 2) деформация фигуры Земли (полярное сжатие - нарастание центробежной силы); 3)существование силы Кориолиса (чем больше угловая скорость вращения, тем больше сила Корио-лиса); 4) суперпозиция центробежной силы и силы тяготения, да-ющая силу тяжести (центробежная - от нуля на полюсах до мак-симального значения на экваторе; максимально значение силы тя-жести на полюсе).

Движение сис-мы Земля-Луна. Луна создаёт приливное торможение суточного вращения нашей планеты. При-ливное торможение, вызываю замедление вращения, уменьшает полярную сплюснутость и силу Кориолиса, т.е. влияет на циркуля-цию атмосферы и океаносферы, от чего зависят условия климата. Изменение скорости вращения Земли. Неравномерность суточного вращения - среднемесячное отклонение. Движение полюсов Земли. Если ось вращения не совпадает с осью фигуры Земли, то должно происходить движение географических полюсов вокруг полюсов фигуры с периодом 305 звёздных суток. Непрерывное смещение оси вращения внутри тела Земли - прецессии, (через изменение центробежной силы) Перемещение полюсов в пространстве - нута-ция. Вследствие нутации происходит перераспределение масс воз-духа при смене сезонов. Изменение наклона уровня Мирового оке-ана, интенсивность океанических течений, характер взаимодей-ствия между океаном и атмосферой, изменение атмосферной цир-куляции.

Физические поля Земли включают гравитационное, магнитное, и тепловое поля. Они охватывают не менее 2 млн. км. Эти пределы определяются гравитационными и электромагнитными по-лями. Гравитац поле составляет 2сферы: 1. Сфера Хилла, радиус этой сферы составляет около 1,5 млн км и определяет расстояние, на котором могут двигаться тела, оставаясь спутниками Земли.2. Сфера, радиус которой 260тыс км, в пределах которого земное притяжение превышает солнечное. Гравитац-ные взаимодействия Солнца, а также и других планет на земную орбиту вызывают вековые возмущения колебательного характера, которые существенно влияют на состояние биосферы и человека. Гравит поле определяет силу тяжести на поверхности. Ускорение свобод-ного падения на З различ-ся в зависимости от распределения плот-ности пород, неровности поверхности для конкретной местности. Ср. для всей пов-ти 9,8м/с. Магнитное поле простирается на расстояние около 10 земных радиусов (100-200 тыс. км). Напряженность магнитного поля на поверхности Земли неодинакова. В полярных областях она достигает 8.103 -9.103 А/м, а на экваторе напряжен-ность уменьшается до 5.103 А/м. По мере удаления от Земли напряженность уменьшается пропорционально кубу расстояния. Тепловое поле Земля имеет как всякое нагретое тело. Факторы, обусловливающие нагревание Земли, делятся на внешние (солнечная энергия, приливное трение, космическое излучение) и внутренние (теплопередача из глубины Земли, термальные воды, вулканизм, землетрясения, хозяйственная деятельность человека). Основным источником теплового поля является Солнце. Температура на поверхности Земли колеблется в достаточно больших пределах.

Вокруг земного шара помимо гидросферы* и атмосферы* сконцентрированы еще физические поля. Так называются особые формы материи, отличные от твердых, жидких и газообразных тел, но объединенные свойством создавать условия для взаимодействия на расстоянии источника поля и какого-либо объекта (например, частицы тела, жидкости или газа). Естественно, что эти взаимодействия передаются с некоторой конечной скоростью. Земля имеет два физических поля: гравитационное и магнитное.

Гравитационное поле Земли подчиняется закону всемирного тяготения. Последний был установлен И.Ньютоном в 1747 году и выражает всеобщее свойство материи, состоящее в том, что сила взаимного притяжения двух материальных точек пропорциональна произведению масс этих точек, деленному на квадрат расстояния между ними. Коэффициент пропорциональности называется гравитационной постоянной. Математически эта сила выражается формулой

где G - сила тяготения, f - гравитационная постоянная, f ~ 6,673*10-11 м3с-2кг-1, M - масса источника тяготения, m - масса тяготеющей точки, r - расстояние между источником тяготения и тяготеющей точкой.

Для случая гравитационного поля какого-либо большого небесного тела (например, Земли) формулу, выражающую закон всемирного тяготения, удобно записывать в виде

где - постоянная тяготения рассматриваемого небесного тела, = f M. В частности, для Земли = 3,986*1014 м3c-2, Луны - 4,890*1012 м3c-2, Солнца - 1,321*1020 м3c-2.

Если рассматривается тяготеющая точка, которая находится на поверхности небесного тела (например, Земли), то последнюю формулу записывают в виде

где g - ускорение свободно падающей материальной точки, g = /r2. Если вычислить величину g, исходя из среднего значения радиуса Земли r = 6371 км, то найдем, что g = 9,8 м c-2. Эта хорошо известная физическая постоянная, к сожалению, очень часто называется неверно: ускорение свободного падения, ускорение силы тяготения. Но нет понятия "ускорение движения" (например, падения), как нет и понятия "ускорение силы" (например, силы тяготения).

Существенно, что ускорение свободно падающей (т.е. падающей в вакууме) материальной точки зависит от места его определения на поверхности Земли. В каждом конкретном случае эту величину можно найти только экспериментально. Если же необходимо ее вычислить, то можно пользоваться приближенной формулой

g = 9,7805 (1 - h/r)2 (1 + 0,0053 Sin),

где h - высота нахождения точки над поверхностью Земли,

r - расстояние между центром Земли и точкой,

Широта места.

Например, для широты Санкт-Петербурга (= 60o), для точки, находящейся на поверхности Земли, (h=0) из последней формулы получим g = 9,819 м c-2.

Одним из самых удивительных свойств гравитационного поля является его всепроницаемость: отгородиться от его воздействия невозможно; оно действует на любой материальный объект и проникает через любой экран. Другим свойством гравитационного поля является то, что его действие, непрерывно убывая, простирается практически на неограниченные расстояния.

Наличие у Земли гравитационного поля является одним из необходимейших условий существования жизни не ней: оно удерживает атмосферу и Мировой океан от их рассеяния в космосе; оно притягивает к поверхности Земли людей, животных и все другие материальные объекты; оно направляет течение рек и создает на поверхности водоемов выталкивающие (архимедовы) силы, удерживающие на ней суда и т.п.

Помимо гравитационного поля у Земли есть еще одно поле - магнитное. По сравнению с гравитационным полем оно является достаточно слабым: его средняя величина составляет всего 0,5 эрстеда, в то время как величина поля, создаваемого обычным школьным демонстрационным магнитом, доходит до нескольких десятков эрстед.

Геомагнитное поле похоже на дипольное. Так называется поле магнита, у которого полюсы находятся очень близко друг к другу. Если диполь находится в центре шара, то магнитное поле на его поверхности имеет полюса, расположенные в диаметрально противоположных точках. Магнитные полюса Земли не совпадают с географическими. Магнитная ось нашей планеты наклонена к оси ее вращения на 11,5o. Магнитный полюс в Северном полушарии находится около берегов Северной Америки (71o с.ш., 96o з.д.), а полюс в Южном полушарии - около берегов Антарктики (70o ю.ш., 150o в.д.). Таким образом, магнитные полюса Земли не находятся в диаметрально противоположных точках земного шара, а магнитная ось не только не совпадает с осью вращения Земли, но и не проходит через ее центр. Величина геомагнитного поля на полюсах примерно в два раза больше, чем на экваторе, причем величина поля в Северном полушарии несколько больше, чем в Южном.

Действие магнитных сил в околоземном пространстве и на доступных глубинах внутри Земли обнаруживается: моментом сил, приложенным к свободно подвешенным магнитным стрелкам; электродвижущей силой (эдс), индуцируемой во вращающихся витках проводника; отклоняющим действием, испытываемым заряженными частицами космического излучения; эффектом поляризации радиоволн и др.

Различают два вида источников геомагнитного поля: внутренние и внешние. Первые расположены внутри планеты, вторые - вне ее. Первые создают достаточно постоянное магнитное поле, имеющее небольшие вековые вариации, вторые - намного более слабое, но зато переменное магнитное поле. Поле, создаваемое внутренними источниками, называется главным, а поле, создаваемое внешними источниками, - переменным. Природа и происхождение этих полей различны, но между ними существует глубокая взаимосвязь.