Масса Земли составляет 5,976 × 109 триллионов тонн. Объем Земли равен 1,083 х 1027 кубических сантиметров. Зная объем и массу Земли, нетрудно определить и ее среднюю плотность, она составляет 5,52 грамма на кубический сантиметр.
Многочисленными лабораторными исследованиями установлено, что плотность горных пород на земной поверхности оказывается равной 2,8 грамма на кубический сантиметр, а это означает, что в недрах нашей планеты должны находиться породы с плотностью, в несколько раз превышающей среднюю плотность Земли.
Ускорение свободного падения на поверхности Земли составляет в среднем на экваторе 978,049 см/с2. В нем учтено центробежное ускорение, создаваемое вращением Земли и равное 3,392 см/с2. На земных полюсах центробежное ускорение, как известно, отсутствует, и поэтому там ускорение свободного падения больше, чем на экваторе, всего на 1/189. В различных точках на поверхности Земли существуют отклонения от средней величины ускорения свободного падения. Это зоны так называемых гравитационных аномалий, в которых величина отклонений может достигать значений в несколько сот см/с2.
Достаточно хорошо известно, что Земля обладает магнитным полем. Единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл). Положения магнитных полюсов Земли не совпадают с географическими. Так, например, северный конец стрелки компаса притягивается к полюсу, расположенному около Гренландии (73°с.ш. и 100°з.д.), а южный — к полюсу, находящемуся в австралийском секторе Антарктики (68°ю.ш. и 134°в.д.). Величина индукции геомагнитного поля максимальна у магнитных полюсов (0,7 × 10-4 Тл у Южного и 0,6 х 10-4 Тл у Северного) и значительно меньше, минимальна, у экватора (0,42 х 10-4 Тл).
Важным моментом является то, что исследования магнитологов установили факт смены магнитными полюсами своего месторасположения (инверсию), т. е. в определенные промежутки времени Северный полюс становится Южным, а Южный — Северным. Продолжительность временных периодов относительно устойчивого положения знака магнитных полюсов оценивается специалистами в пределах от 700 тысяч до 1,5 миллиона лет.
Ученым давно стало известно, что из земных глубин постоянно исходит тепло. О существовании внутри Земли крупного источника тепла свидетельствуют извержения вулканов, когда на поверхность планеты изливаются многочисленные лавовые потоки с температурой более 1500 °C. Выполненные измерения показывают, что с глубиной температура увеличивается с вполне определенной интенсивностью: при «опускании» на каждый 1 километр температура возрастает на 30 °C.
Геотермический поток, «стекающий» из земных недр, дает близкие значения по интенсивности как для суши, так и дли океанического дна: (1,2–1,6) 10-6Дж/(см2 х с). Следует, правда, отметить, что минимальные значения геотермического потока тепла наблюдаются в центральных частях континентов, где находятся наиболее древние горные породы, а максимальные — в областях интенсивной вулканической деятельности и вдоль осевой части срединно-океанических хребтов, т. е. протяженных горных систем, имеющихся на дне Мирового океана.
Современная Земля состоит из нескольких неоднородных оболочек — атмосферы, гидросферы, биосферы и литосферы, под которой в глубоких недрах находятся мантия и ядро.
АТМОСФЕРА — внешняя газовая оболочка, ограниченная снизу твердой и жидкой поверхностью Земли. Масса земной атмосферы около 5,3 1015 тонн, что составляет 1/1000000 часть массы всей планеты. Давление воздуха на уровне моря в среднем равно 1,013 х 105 Па, а плотность — 1,3 х 10-3 г/см3.
Атмосфера Земли состоит из азота 78,09 %), кислорода (20,94 %), аргона 0,93 %), углекислого газа (0,033 %), а также неона, гелия, метана, ксенона, криптона, водорода и других газов, процентное содержание которых незначительно. Помимо этого, в воздухе имеются некоторые активные примеси, такие, например, как водяной пар, озон и различные аэрозоли (мельчайшие взвешенные частицы).
Средняя температура воздуха у земной поверхности составляет +14,3 °C. По характеру распределения температуры в атмосфере различают несколько слоев:
а) Нижний слой — ТРОПОСФЕРА, ограниченная в зависимости от широты высотами 8—17 километров. Воздух в этом слое нагревается от поверхности Земли, и поэтому с высотой он становится все холоднее (на каждый километр высоты температура в среднем понижается на 6–6,5 °C). Здесь сосредоточен почти весь водяной пар, образуются облака, формируются и развиваются мощные атмосферные вихри (циклоны и антициклоны).
б) СТРАТОСФЕРА расположена на высотах от 8—17 до 50–55 километров. Здесь находится озоновый экран, роль которого в поглощении ультрафиолетовой радиации, губительной для живых организмов, трудно переоценить. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высотах 18–24 километра. Особенностью стратосферы является то, что с увеличением высоты на один километр температура в ней повышается на 1–2 градуса: поэтому на верхней границе этого слоя температура может оказаться не только нулевой, но даже и положительной.
в) МЕЗОСФЕРА располагается на высотах от 50–55 до 80 километров. В этом слое вновь происходит понижение температуры с увеличением высоты, что приводит к значениям минус 60— 100 °C на его верхней границе.
г) В следующем слое — ТЕРМОСФЕРЕ температура снова начинает увеличиваться таким образом, что на высоте 100 километров она переходит нулевую отметку, а на высоте около 800 километров достигает максимума +2000 °C. Здесь происходит интенсивное поглощение ультрафиолетового излучения Солнца, нагрев и ионизация атмосферы. В мезосфере и нижней части термосферы образуются электрически заряженные ионы, в связи с чем слой, расположенный в интервале высот 60—400 километров, зачастую называют ИОНОСФЕРОЙ.
Следующая оболочка Земли — ГИДРОСФЕРА. Ее масса равна 1,46 106 триллионов тонн, что в 275 раз больше массы атмосферы, но в то же самое время она составляет всего-навсего только 1/4000 часть от массы всей Земли. Воды Мирового океана «охватывают» 94 % от общей массы гидросферы, 4 % приходится на подземные воды, почти 1,8 % — на ледники Антарктиды и Гренландии, менее 0,2 % — на горные ледники, поверхностные реки и озера.
Мировой океан занимает 70,8 % земной поверхности, а его средняя глубина составляет около четырех километров. Это ничтожно малая величина по сравнению с общей длиной земного радиуса, но она вполне достаточна, чтобы сделать дно Мирового океана почти недосягаемым для непосредственных исследований. Наибольшая глубина зафиксирована в тихоокеанской Марианской впадине — 11023 метра. Ложе Мирового океана с глубиной более 3 километров занимает 77 % всей его площади.
Океаническая вода — это сложный раствор солей, заполняющий океанические впадины. Вода океанов и морей обладает массой 1,4 миллиарда тонн, объемом немногим более 1,3 миллиарда кубических километров, что составляет почти 5 % всего объема гидросферы.
В пределах земных океанов выделяются отдельные крупные поднятия, подводные горы и так называемые срединно-океанические хребты, в осевой части которых располагаются рифтовые долины, представляющие протяженные провалы с крутыми боковыми стенками. Хребты эти образуют непрерывную цепь длиной свыше 60 000 километров. Они возвышаются на 3–4 километра и, естественно, нарушают глубинную циркуляцию океанических вод. Еще одной специфической формой океанического дна являются глубоководные желоба, ширина которых не превышает нескольких десятков километров, а длина достигает сотни километров. Эти желоба располагаются в основном на периферии океанов и как бы отделяют от него островные дуги. Примерами в данном случае могут служить Курило-Камчатский и Алеутский глубоководные желоба.
Земные континенты окаймляют мелководной зоной глубинами до 200 метров — это так называемые шельфы, или материковые отмели, занимающие всего лишь 8 % площади Мирового океана.
Верхний слой каменной оболочки земли, или, по-другому, ЛИТОСФЕРЫ, отделенный от нижележащих слоев (мантии) так называемой «поверхностью Мохоровичича», именуется земной корой.
Различают два основных типа земной коры: континентальную, из которой состоят материки, и океаническую, образующую дно океанов. Первая гораздо старше: некоторым ее участкам 3,8 млрд лет, тогда как у океанической коры возраст составляет немногим более 150 млн. лет. Средняя мощность континентальной коры равна 25–75 километрам, а океанической — намного меньше.
Верхнюю часть континентальной коры слагают осадочные породы мощностью около 3 километров и средней плотностью 2,5 г/см3. Ниже залегает гранитно-метаморфический слой средней мощностью около 17 километров. Плотность его составляет 2,6–2,8 г/см3. Еще ниже находится базальтовый слой средней толщины 15 километров и плотностью 3,3 г/см3.
Совершенно по-иному выглядит разрез океанической коры. Под слоем рыхлых осадков средней мощностью всего 0,7 километра находятся два слоя. Первый из них, мощностью около 1,7 километра, слагается преимущественно базальтами, а второй, мощностью около 5 километров, состоит из преобразованных путем гидратации (реакции с водой) горячих глубокозалегающих ультраосновных пород — серпентинитов.
И, наконец, на Земле нужно выделить еще одну оболочку, которая очень часто называется БИОСФЕРОЙ. Это глобальная система, обладающая свойствами саморегулирования, имеет свой «вход» (поток солнечной энергии, поступающий из космоса) и «выход» (образования, возникающие в результате жизнедеятельности земных организмов).
Верхней границей биосферы служит озоновый слой атмосферы, в то время как ее нижняя граница довольно расплывчата. Дело в том, что даже в Марианской впадине были обнаружены живые организмы. Оказывается, не только бактерии, но и самые различные микроорганизмы по существующим трещинам и порам проникают в осадочный слой и толщу рыхлых пород дна Мирового океана вплоть до его базальтового слоя и, соответственно, до гранитно-метаморфического слоя на континентах. А в современной биосфере, по подсчетам ученых, существует около двух миллионов видов живых организ