Силой тяжести называется геометрическая сумма силы притяжения Земли и центробежной силы. Это не тождественные друг другу определения, и на силу тяжести соответственно воздействует совокупность тех факторов, которые озвучены выше, т. е. сила притяжения Земли и центробежная сила. Разберем первый фактор.
1. Сила притяжения Земли. Находится в зависимости от:
А. Влияния ближайших космических тел. Сила взаимного влияния объектов Вселенной зависит от: 1 расстояний между ними; 2 от массы самих тел. На земной шар воздействует Луна и Солнце. Но так как данные объекты расположены в достаточной мере далеко от Земли, их влияние (которое всё же фиксируется) в общем плане не принимается во внимание.
Б. Распределения масс на поверхности Земли и внутри нее. Горные системы создают добавочное давление на верхние слои мантии, из-за этого сила тяжести в таких регионах должна быть больше, чем на платформенных равнинах. На жидкой поверхности Мирового океана напротив сила тяжести должна быть меньше, чем на платформенных равнинах, так как вода по определению легче твердых минеральных пород. Но измерения говорят о том, что сила тяжести на одной и той же параллели повсюду (и на суше, и на поверхности океаносферы) характеризуется одинаковой величиной. Этот факт свидетельствует, что массы внутри нашей планеты, находящиеся под земной корой и непосредственно на поверхности Земли, распределяются в целом равнозначно. Объясняется подобная равнозначность так. В местах, где осуществляется большое давление пород земной коры на мантийный материал (в горных системах), породы мантии опускаются вниз. А в тех частях Земли, где есть недостаток массы земной коры (дно Мирового океана), мантийное вещество подходит ближе к земной поверхности.
Поэтому земная кора, компенсируемая мантией, существует в состоянии изостатического равновесия. Земная кора как бы «плавает» в мантии. Таким образом, на поверхности Земли сила тяжести почти всюду равна. Отклонения (положительные аномалии) силы тяжести отмечаются исключительно в пределах молодых горных систем: под ними мантийное вещество пока не успело опуститься нужно, чтобы прошло определенное время, поскольку сбитое равновесие приходит к норме не в один момент. Процессы компенсации (уравновешивания) земной коры протекают на глубине от 100 до 150 километров. Данный внутриземной слой именуется слоем изостазии.
2. Центробежная сила. Разберем теперь второй фактор, оказывающий влияние на силу тяжести.
На Земле, которая вращается и обладает шарообразной формой (в грубом расчете), центробежная сила находится в зависимости от широты местности. На полюсах такая сила равняется нулю, на экваторе достигает наибольших значений. Чем меньше значение центробежной силы, тем большими значениями обязана обладать сила тяжести. Так и выходит: Северный и Южный полюса это «точки», на которых сила тяжести больше на 0,6 %, чем на экваториальной «полосе». Из этого возможно сделать вывод, что на полюсах сила тяжести равняется силе притяжения.
Гравитационное поле содержит в себе такое понятие, как ускорение свободного падения. На полюсах оно равняется 9,83 м/с², на экваторе 9,78 м/с². Ускорение свободного падения плавно уменьшается от полюсов в сторону экватора 55/1000 м/с² на каждый градус географической широты.
Рассматривая всё, что было нами озвучено выше, следует утвердительно сказать, что сила тяжести почти целиком зависит от силы притяжения. Даже большая центробежная сила экватора не влияет существенным образом на величину гравитации (различие в силе тяжести между двумя полюсами и экватором всего 0,6 %).
Еще есть такое понятие, как напряженность гравитационного поля Земли. Так называется величина силы тяжести. В горизонтальном плане напряженность плавно и равнозначно убывает от полюсов к экватору. В вертикальном плане (от земной поверхности вниз и вверх по вертикали) напряженность гравитационного поля уменьшается в соответствии с изменением высоты и глубины. На высоте 36 тысяч км от поверхности суши или океанов, а также в центральной части земного шара сила тяжести равняется нулю.
Несложно вычислить радиус сферы гравитационного поля от центральной точки Земли до 36 тыс. километров над поверхностью геоида. Исходя из среднего радиуса планеты, примерный радиус гравитационного поля равен 42 367 километров.
Сила тяжести всегда направлена по вертикали (отвесу) к поверхности Земли.
Гравитационное поле без какого-либо утрирования можно обозначить в качестве фундаментальной энергетической сферы Земли. Как сама Земля, так и все ее внутренние и внешние процессы, обязаны своим существованием и правильным функционированием именно гравитационному полю.
Значение гравитационного поля
1. Организация формы земного шара. 2. Удерживание атмосферного воздуха. 3. Атмосфера залог существования гидросферной оболочки. 4. Уплотнение вещества внутри Земли и формирование плотного земного ядра. 5. Сила тяжести первопричина гравитационной дифференциации земного материала, которая порождает нагрузку масс в глубине Земли, создавая тепловую энергию. Помимо этого, тепловая энергия высвобождается при радиоактивном распаде некоторых элементов (цезия, урана, тория). Тепловая энергия причина тектонизма внутри планеты и на ее поверхности. 6. Стремление земной коры к изостатическому равновесию. 7. Сила тяжести обуславливает внешние геологические и гидрологические процессы: склоновое перемещение вещества, выпадение осадков, сток вод и пр.
Гравитационное поле не уникальная энергетическая сфера нашей планеты. К невещественным оболочкам относится и магнитное поле Земли. Разберем сжато функцию геомагнитного поля в глобальных природных процессах земного шара.
Магнитное поле Земли. Это невещественная (энергетическая) оболочка Земли, производимая веществом внутри Земли на границе мантии и ядра. Одно из нескольких предположений объясняет существование магнитного поля вокруг нашей планеты кольцевыми электрическими токами, возникающими во внешнем ядре.
Магнитное поле распространяется от земной поверхности на высоту примерно 100 тыс. километров (это несколько радиусов Земли). До высоты 44 тыс. километров данное поле плавно убывает, от 44 тыс. до 80 тыс. км оно проявляет неустойчивость, и уже на высоте 90 тыс. км магнитное поле лишается возможности захватывать частицы, обладающие электрическим зарядом.
Основная роль магнитного поля Земли заключается именно в отклонении (т. е. в захватывании) заряженных частиц (протонов и электронов), распространяющихся с огромной скоростью в сторону нашей планеты от атмосферы Солнца в совокупном корпускулярном потоке солнечного ветра. На небесном теле, которое не находится под защитой магнитного поля, теоретически появление высшей жизни невозможно: сильный поток заряженных частиц губительно влияет на органические формы материи и сбрасывает со счетов саму вероятность появления жизни. Но такое воззрение, само собой, является предположением, а не доказанным фактом.
Магнитное поле прикрывает нашу планету не только от пагубного для нас солнечного ветра, но и от общего космического излучения, движущегося к Земле из глубин Мироздания.
Геомагнитное поле не является стабильной энергетической оболочкой. Его состояние периодически меняется. Краткосрочные изменения (возмущения) сопряжены с воздействием радиации Солнца на данное поле; долгосрочные инверсии связаны с изменением скорости и направленности процессов, которые происходят на рубеже земного ядра и мантии.
Краткосрочные усиления («порывы») солнечного ветра, который выбрасывается в космическое пространство солнечной короной, порождает мощные возмущения («всплески») в геомагнитном поле магнитные бури. Они, как правило, продолжаются от нескольких часов до нескольких дней. «Порывы» солнечного ветра образуются и при вспышках в солнечной хромосфере, энергия которых распространяется на солнечную корону. С геомагнитными бурями связывают еще полярные сияния.
Геомагнитное поле изменяет собственную полярность с определенной периодичностью (период от 100 тыс. до 1 млн. лет). Смена магнитных полюсов провоцирует прекращение существования магнитного поля на несколько тысяч лет. Само собой, в то время, когда магнитного поля у Земли нет, солнечный ветер беспрепятственно заходит в атмосферу и достигает поверхности Земли. При этом защитный озоновый слой исчезает, и ультрафиолетовые лучи получают возможность свободно воздействовать на биосферу. Это усугубляет ситуацию. Поголовная и быстрая гибель некоторых животных в определенных геологических эпохах, предположительно, сопряжена именно с тем, что северный магнитный полюс и южный магнитный полюс периодически менялись местами.
Этапы развития Земли (и географической оболочки)
Всю историю формирования нашей планеты и, следовательно, эпигеосферы (от самого начала до сегодняшнего состояния) возможно разбить на три больших периода (этапа): добиогенный, биогенный, антропогеновый.
Добиогенный этап развития Земли. Первичная материя (праматерия) заключала в себе вещество, из которого, спустя какое-то количество миллиардов лет, образовались все астрономические объекты, включая Землю.
Земля возникла примерно пять млрд. лет назад из крупиц так называемого газопылевого облака, из которого образовались и остальные планеты Солнечной системы, включая и само Солнце. В ходе вращения данного облака крупицы его вещества ударялись друг об друга, сплачивались и таким образом увеличивались за счет объединения. В конечном счете, это облако дифференцировалось на несколько самостоятельных газопылевых вихрей, индивидуальное вращение которых в итоге окончило начальную фазу образования планет (и Земли в частности) и Солнца.
Так уплотнялись и укрупнялись отдельные планетарные сгустки. Данный процесс происходил в течение от 200 до 500 млн. лет. Но образовавшаяся Земля была только в геодезическом отношении приближена к своему сегодняшнему варианту. По другим же показателям наша планета серьезно отличалась от той версии, которую мы знаем на данный момент времени.
Гравитационная энергия медленно разъединяла материал, из которого состоит Земля, на протяжении какого-то количества миллиардов лет. Тяжелые элементы опустились к центральной части планетарного тела и сформировали ядро, сравнительно тяжелые элементы построили мантийную оболочку и земную кору, а легкие гидросферную оболочку. Из наиболее легких частиц вещества была образована атмосфера, являющаяся физическим смешением различных газов.
По этой причине после окончания процесса гравитационной дифференциации, наша планета являла собой «безупречную» модель в ракурсе гравитационного распределения вещественного материала. Иными словами, вся поверхность земного шара тогда была жидкой, т. е. представляла собой воду сплошного Мирового океана.
Позже, когда планета встала на биогенный этап эволюции, внутреннее развитие мантии и ядра послужило началом для серии энергопотоков, которые значительно подняли дно первичного всеохватывающего Океана над водной поверхностью. Таким образом сформировалась суша, которая была представлена одним-единственным гигантским образованием (сегодня он называется в основном Пангеей), окаймленным со всех позиций акваториями древнего океана Панталасса.
Биогенный и антропогеновый этапы развития Земли. Первые примитивные формы жизни (микроорганизмы) возникли, гипотетически, в конце архея (но это не доказано). Древний Океан к началу той эры по своему статусу близко подошел к современному варианту в достаточной мере опреснился, обогатился всеми необходимыми элементами и освободился от лишних, капитально аэрировался (насытился воздухом).
На смену биогенному этапу пришел антропогеновый, который продолжается и в наши дни. Его начало совпало с появлением на Земле первых людей со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Структура геохронологической шкалы (основные черты). Наиболее верное и четкое представление об эволюции земного шара дает геохронологическая шкала. В соответствии с ней геологическая хронология природных событий на Земле разделяется на четыре колоссальных по времени интервала, которые именуются эонами. Выделяют следующие эоны: доархей, архей (AR), протерозой (PR), фанерозой.
В данной схеме архей и протерозой сливаются в единый геологический отрезок, который мы называем криптозоем, или докембрием. По существу, криптозой можно считать мегаэоном. В те далеко отстоящие от нас времена Земля была почти бессодержательна в аспекте жизни.
Нужно сказать, что доархей к докембрию не присоединяется: доархей отдельный эон (о нем позже).
Фанерозой ознаменовался стремительным появлением первичных развитых (в той или иной степени) органических форм резким приумножением их количества и видового многообразия. До того момента были исключительно простейшие организмы (микроорганизмы). Данный этап развития продолжается и сегодня мы живем во время фанерозоя. Подойдет к своему логическому завершению он, по всей видимости, тогда, когда наша планета возвратится к абиогенной стадии. В теоретическом плане подобное событие вполне возможно, но в практическом отношении всё не так просто.
Возникает проблема: если докембрий мы обозначаем в качестве мегаэона, то по какой причине фанерозой в научном мире не позиционируется в подобном качестве?.. Здесь вся суть вопроса заключается в том, что докембрий законченная стадия, которая длилась очень долгое время (несколько миллиардов лет), а фанерозой еще не завершен, и его возраст включает в себя всего лишь несколько сотен миллионов лет. Один этот факт свидетельствует, что фанерозой пока еще нельзя считать мегаэоном. Через то или иное количество миллиардов лет, если полноценные формы органической материи всё-таки останутся на Земле, фанерозою можно будет присвоить статус мегаэона.
Эоны делятся на эры. Что касается доархея, то здесь дело обстоит следующим образом. Это древнейший эон. Он вступил в свои права с самого начала появления Земли как геодезически сформированного небесного тела. Какое количество времени он существовал и какие конкретно природные процессы протекали на Земле в ту эпоху, мы не ведаем в полной степени, и именно по этой причине данный отрезок времени на эры не разделяется.
А вот архей уже характеризуется тремя эрами: ранний архей, средний архей, поздний архей. В данные временные интервалы образовались гидросферная оболочка и земное ядро, появились на свет первые простейшие организмы.
Протерозой заключает в себе две эры: ранний протерозой, поздний протерозой, или рифей (RF). В протерозое атмосферная оболочка усиленно формировалась, насыщалась кислородом, а на суше развивались орогенные пояса и микроорганизмы.
Фанерозой разделяется на три эры: палеозойская (PZ), мезозойская (MZ), кайнозойская (KZ). Данные эры установили зарождение и дальнейшее развитие растений и животных. В конце кайнозойской эры появился человек.