žemė visatoje

Žmogus – Žemės planetos kūdikis. Jo atsiradimas ir raida priklausė nuo mūsų Žemės įvykių, o šie – nuo Visatos veiksnių. Mums atrodo, kad sistemoje Visata-Žemė-Žmogus svarbiausia vieta priklauso mums. Tačiau žinios apie Žemę rodo, kad planeta su visomis savo geosferomis yra labai sudėtingai organizuota, bet vientisa sistema. Ją palaiko energijos ir medžiagų dinaminė pusiausvyra. Ji nėra labai griežta, būna svyravimų ir nukrypimų.
Žemės kitimai geologinėje praeityje vyko dėsningai, ritmiškai ir cikliškai. Vieni jų vyko ramiai, kiti šuoliškai ir katastrofiškai. Šių kitimų priežastys buvo įvvairios. Tačiau nėra abejonės, kad jos buvo susijusios su Visatos, Saulės sistemos ir Žemės raida. Jos tiesiogiai veikė ir veikia žmogų, jo evoliuciją ir pažangą. Tie kitimai laiko atžvilgiu formavo reiškinių ritmus ir ciklus, o erdvėje – tam tikrą geografinę įvairovę.
Žemė yra trečioji iš devynių Saulės sistemos planetų. Visoje Saulės sistemoje jai nėra lygių pagal tankį (vidutinis tankis – 5,515 g/cm3). Ji yra sunkiausia tarp kietųjų planetų (milžiniškas dujinis Jupiteris vis dėlto sunkesnis). Žemė nutolusi nuo Saulės vidutiniškai 150 mln. km. Čia jai nei peer karšta, nei per šalta, o joje esantis vanduo ir ją gaubianti atmosfera mažina temperatūros svyravimus.
Iš toli žiūrint, Žemė – pats įdomiausias Saulės sistemos objektas. Ją puošia nuolat kintantis debesų raštas, pro kurį matyti gražus jūrų ir žemynų piešinys. Kosmonautas Nilas Am

mstrongas skrisdamas “Apolonu 11” 1969 metais, susižavėjęs pasakė, kad Žemė “panaši į nuostabų kosmoso brangakmenį” (1 pav.). Jį daug ryškesnė už Mėnulį, nes atspindi apie 40 % į ją krintančios šviesos, o Mėnulis – tik 7 %. Iš Merkurijaus, Veneros ir Marso plika akimi Žemė atrodytų kaip žibanti melsva žvaigždė, tačiau iš Jupiterio ir dar iš toliau be teleskopo Žemės nebesimatytų, nes ją gožia Saulės aureolė (spindesys).
Be Žemės ir kitų planetų Saulės sistemai priklauso 43 planetų palydovai, (neskaitant dirbtinių), daugiau kaip 1700 mažųjų planetų – asteroidų (planetoidų), tūkstančiai kometų ir nesuskaitoma daugybė smulkių kosminių kūnų, kurie, susidurdami ir trindamiesi, nuolat papildo kosminių dulkių išteklius. Nepaisant tokios daugybės įvairiausių Saulės šeimos narių, net 95,35 % sistemos masės sutelkta pačioje Saulėje. Visoms devynioms planetoms kartu tenka tik 0,14 % Saulės sistemos masės.

Saulės sistema ir kartu 200 milijardų kitų žvaigždžių priklauso Gaalaktikai, kurios skersmuo apie 100000 šviesmečių, o jos storis branduolio viduryje – apie 18000 šviesmečių.
Sukantis visam žvaigždžių sūkuriui, kartu aplink Galaktikos centrą maždaug 250 km/s greičiu skrieja ir Saulė su savo planetomis, apeidama Galaktikos orbitą per 200-220 milijonų metų. Be šito judėjimo, Saulė dar savarankiškai skrieja – atsiduria čia toliau arčiau, čia toliau nuo Galaktikos branduolio. Branduolyje žvaigždžių tirščiausia, jų gravitacinis poveikis didžiausias, dažnai sušvinta novos, vyksta supernovų sprogimai. Priartėjusi prie mūsų Galaktikos branduolio, Saulės sistema gali būti praturtinama sunkiaisiais cheminiais elementais, išsviedžiamais iš supernovų gelmių. Tu
uo metu taip pat susidaro palankios sąlygos Saulės ir jos planetų vidinėms įtampoms išsikrauti. Kai Saulė ir jos planetos nutolsta nuo Galaktikos branduolio jų gyvenimo periodas pasidaro ramesnis.

1 pav. Žemės nuotrauka, daryta kosmose

Žemės kilmė

Daugelį amžių astronomijos atradimai skatino žmogaus vaizduotę. Ypač sunku buvo atsisakyti plokščios Žemės įvaizdžio ir patikėti, kad ji – rutulys, kurį galima apiplaukti. Iš tiesų, tiesioginių Žemės rutuliškumo įrodymų galima gauti tik mūsų laikais, stebint Žemę vizualiai arba fotografuojant iš aukštai skrendančių lėktuvų ir dirbtinių palydovų. Mintis, kad Žemė nėra Visatos centras, ypač jaudino žmonių protus XVI-XVIII a. Jau Aristotelis IV amžiuje prieš mūsų erą ir K. Ptolemėjas II amžiuje tvirtino, kad Žemė yra dangaus kūnų sistemos centras. Pagal K. Ptolemėjo pasaulio modelį kiekviena planeta judėjo mažu apskritimu (epiciklu), o jo centras didesne orbita (deferentu) skriejo aplink Žemę. 14 amžių astronomai pripažino tik šią teoriją.
Kai prieš 500 metų M. Kopernikas įrodė, jog Žemė skrieja aplink Saulę, M. Liuteris pareiškė: “Šitas kvailys nori visą astronomijos mokslą apversti aukštyn kojomis. Bet, kaip skelbia Biblija, kaip tik Saulei, o ne Žemei Jėzus liepė sustoti”. 1508 metais M. Kopernikas savo komentaruose rašė: “Įspūdis, kad juda Saulė, atsiranda ne dėl jos, o dėl Žemės judėjimo”. Jo helio-centrinė sistema, 1543 metais aprašyta garsiame veikale “Apie dangaus sferų sukimąsi”, tapo le

emtinga žmonijos minties raidos pakopa. M. Koperniko teorija nukėlė Žemę nuo jos nejudamo sosto Saulės sistemos centre.
XVIII amžiaus viduryje jau buvo žinomi spirališki kosminiai dulkių ūkai. Karaliaučiaus filosofas Imanuelis Kantas spėjo, kad kitados kosminės dulkės buvo vienodai pasklidusios visoje Visatoje, bet dėl gravitacijos formavosi paskiri dulkių telkiniai, kurie buvo ūkų pradžia. Jie sukosi aplink centrinį telkinį. Ilgainiui iš centrinio telkinio susidarė Saulė, o iš šalutinių ją supančios planetos. 1796 metais, praėjus 40 metų po I. Kanto hipotezės paskelbimo, prie panašių išvadų priėjo matematikas P. S. Laplasas, irgi teigęs, kad Saulę kitados gaubė lėtai sukęsis kosminių dujų ūkas. Dėl Saulės traukos jis susislėgė, pagreitėjo jo sukimasis. Pagaliau ūkas virto Saulę juosiančiais žiedais, kurie toliau kondensuodamiesi, susitelkė į telkinius – planetas.
I. Kanto ir P. S. Laplaso nebuliarinė hipotezė, padėjusi pagrindus dialektiniam pasaulėvaizdžiui, ištvėrė beveik šimtmetį. Per tą laikė didelę pažangą padarė fizika, chemija, astronomija ir kiti mokslai, kurių duomenys prisidėjo prie Žemės kilmės aiškinimo. I. Kantas ir P. S. Laplasas manė, kad Žemės vidinis karštis yra reliktinis, išlikęs nuo tų laikų, kai planetos formavosi iš žvaigždės. Bet ilgainiui apskaičiuota, kad planeta iki dabartinės būsenos turėjusi atvėsti per 40 milijonų metų, tuo tarpu jau tais laikais žinoma geologinė Žemės padėtis buvo daug kartų ilgesnė. Vėsdamas Žemės rutulys t
turėtų nurimti, tuo tarpu vidinio Žemės gyvenimo reiškiniai kartais katastrofiški, akivaizdžiai rodo, kad planeta tebegyvena audringą gyvenimą. Apskaičiuota, kad 98 % visos Saulės sistemos sukimosi momento tenka planetoms, o tik 2 % Saulei, nors planetos sudaro tik 0,14 % visos sistemos masės. Jei Saulės sistema būtų susidariusi taip, kaip aiškino I. Kantas ir P. S. Laplasas, tai Saulė turėtų suktis septynis kartus greičiau nei dabar. Fizikai suabejojo, ar materijos žiedai iš viso gali susikondensuoti į planetas.
Toliau nagrinėti Žemės kilmės problemą labai padėjo tai, kad XIX ir XX amžių sandūroje buvo atskleistas radioaktyvusis elementų skilimas. Atrastas naujas Žemės vidinio karščio šaltinis.
Deja, šis epochinis fizikos laimėjimas labai lėtai skynėsi kelią į Žemės mokslus. XX amžiaus pirmojoje pusėje Žemės ir kitų planetų kilmė vis dar buvo aiškinama modifikuotomis senomis pažiūromis. K. T. Čamberlinas ir F. R. Moultonas 1902 metais iškėlė hipotezę, kad planetos susidarė iš Saulės materijos telkinio, kurį išplėšė, susidūrusi su Saule kita žvaigždė. 1919 metais šią mintį modifikavo Dž . H. Džynsas, teigęs, kad planetos susidarė iš medžiagos “cigaro”, kurį iš Saulės išplėšė, skriedama pro šalį kita žvaigždė.
1943 metais visiškai kitokią planetų kilmės hipotezę paskelbė tarybinis mokslininkas O. Šmitas, aiškinęs, kad planetos užsimezgė, susitelkus į gniužulus tarpžvaigždiniam dujų ir dulkių debesiui, kurį pagavo Saulė, skriedama Galaktikos orbita. Pagal šią hipotezę, tarpžvaigždinės medžiagos gniužulai – būsimosios planetos – šalti kūnai, didėjo nuo pritraukiamų dalelių. Tik jiems pakankamai padidėjus, pradėjo kauptis radioaktyviojo skilimo, taip pat meteoritų smūgių energijos karštis, ir planetos įkaito.
Ši hipotezė jau geriau paaiškino, kodėl arčiau Saulės, kur centrinio šviesulio gravitacinis poveikis didesnis, susiformavo mažos ir sunkios planetos, nedaug nutolusios viena nuo kitos, o toliau – didelės, lengvos, bet retai išsidėsčiusios planetos (2 pav.).

2 pav. Saulės sistemos planetos su palydovais
Pateikiami tik svarbesnių palydovų pavadinimai. Atstumų mastelio čia nepaisoma (Jei Žemę pavaizduotume 1 mm skersmens skrituliuku, tai 0,25 mm skersmens Mėnulis turėtų būti nutolęs per 3 cm, o Saulė nutolusi per 10 metrų. Riešuto dydžio Jupiteris turėtų būti nuo Saulės per 52 metrus, Saturnas – per 100 metrų, Uranas – per 300 metrų, o Plutonas – net per 400 metrų nuo Saulės)

Planetų akrecijos hipotezė, aiškinanti planetų didėjimą išsklaidytos protoplanetinės medžiagos susitekimu, buvo toliau plėtojama ir tobulinama. Pastebėta, kad Saulės pusiaujo ir planetų sistemos centrinės plokštumos yra labai artimos. Buvo iškelta mintis, kad Saulė ir tarpžvaigždinis ūkas sukasi ta pačia kryptimi, taigi tikriausiai atsirado iš tos pačios masės. Praturtinus tą idėją naujausiais branduolinės fizikos ir cheminių elementų kosmogoninės evoliucijos duomenimis, reikėjo pakoreguoti O. Šmito mintį ir sugrįžti prie I. Kanto ir P. S. Laplaso idėjos apie bendrą Saulės ir planetų kilmę.
Aptikus radioaktyvumą, rastas geologinis laikrodis, pagal kurį galima tiksliai datuoti Žemės plutos sluoksnius. Pasirodė, kad radioaktyvieji elementai (uranas, toris, kali ir kiti) spontaniškai skyla, virsdami antriniais lengvesniais elementais ir kartu išskirdami daug energijos. Vieni radioaktyvių elementų izotopai skyla greitai, kiti lėtai, todėl, skaičiuojant iš atsiradusių antrinių elementų kiekio suirimo pusperiodį, šį geologinį laikrodį galima pritaikyti netolimai (pavyzdžiui, C14, kurio suirimo pusperiodis tik 5730 metų), tolimesnei (U234 – suirimo pusperiodis 250 000 metų) ir labai tolimai (U238 – suirimo pusperiodis 4,51 . 109 metų) geologinei praeičiai nustatyti.
Žinant elementų (urano, torio, kalio ir kitų) atskirų izotopų skilimo greitį, iš aptinkamos antrinės medžiagos kiekio nesunku apskaičiuoti skilimo pradžią, taigi radioaktyviųjų medžiagų turinčios uolienos amžių.
Pasirodė, kad seniausių uolienų senumo amžius yra 3,5–3,8 ir net 4,3 milijardo metų. Taigi pati Žemė turinti būti dar senesnė. Ištyrus tais pačiais metodais meteoritus, pasirodė, kad jų amžius yra 4,4 – 4,6 milijardo metų. Meteoritai gali būti laikomi pirminės protoplanetinės medžiagos gniužuliukais; jiems susitelkus į didelius konglomeratus, susidarė planetos. Beliko sutikti, kad meteoritai, planetos, jų palydovai ir kiti Saulės sistemos nariai pradėjo formuotis tuo pačiu laiku – 4,6 milijardo metų.
Prieš 3,8 – 4,2 milijardo metų, kai susidarė seniausios žinomos granitinės uolienos, prasidėjo geologinė mūsų planetos istorija. 0,4 milijardo metų laikotarpis, tarp Žemės atsiradimo ir pirmųjų uolienų susidarymo, laikomas iki geologiniu laikotarpiu; tada planeta dar augo iki maždaug dabartinės masės, formavosi jos svarbiausios geosferos.
Kyla klausimas, o kas buvo dar anksčiau, kokia buvo meteoritų ir dulkių medžiagos būsena prieš prasidedant joje radioaktyviajam skilimui, taigi prieš 4,6 milijardo metų? Kokia yra mūsų Žemės medžiagos priešistorė?
Manoma, kad radioaktyvusis elementų skilimas, lengvesnių elementų susidarymas – tai jau atgalinis materijos raidos etapas, o anksčiau Visatos medžiaga yra patyrusi progresyvinę raidą, kai vyko ne elementų skilimas, o jų jungimasis – branduolinė sintezė. Astrofizikos duomenimis, branduolinės sintezės procesai, tai yra kai susidaro sunkesni elementai ir kartu atpalaiduojama labai daug branduolinės energijos, gali vykti tik žvaigždžių vidaus termodinaminėmis sąlygomis: dešimčių ir šimtų milijonų laipsnių temperatūroje ir neapsakomai dideliame slėgyje medžiagos būsena yra tanki plazma, o labai dideliais greičiais skriejantys ir susiduriantys branduoliai jungiasi ir susidaro sunkesni elementai. Termobranduolinės reakcijos (žvaigždžių spinduliavimas) ilgiausiai vyksta kai vandenilis virsta heliu. Ilgainiui įsijungia naujas termobranduolinis reaktorius – trys helio branduoliai ima jungtis į vieną anglies branduolį. Jei žvaigždės vidus vis dar traukiasi ir toliau kaista, penktas helio branduolys anglį paverčia neonu, du anglies branduoliai jungiasi į magnį ir taip toliau. Sunkesnieji elementai, susidarę žvaigždžių gelmėse, supernovų sprogimų metu išbarstomi po plačią Visatą.
Akademikas A. Vinogradovas mano, kad tokį progresyvų raidos etapą maždaug prieš 5 milijardus metų staiga baigė ir Žemės medžiaga. Tada ji karštos plazmos būsenoje su milžiniška jėga buvo išsviesta iš pirmykštės Saulės gelmių į periferiją. Saulės pusiaujo plokštumoje atsirado plokščio žiedo pavidalo debesis, kurio medžiaga greit aušo, virto dujomis ir dulkėmis. Medžiagai atvėsus iki Kiuri taško, prieš 4,6 milijardo metų dulkių gniužuluose prasidėjo atvirkštinis procesas – radioaktyvusis skilimas, trunkąs iki šiol. Prasidėjo planetų, taigi ir Žemės medžiagos ikigeologinis istorijos etapas.
Išsviestame iš Saulės gelmių debesyje turėjo būti labai daug metalų ir kitų sunkesnių elementų, atsiradusių nesenos žvaigždės vidaus termodinaminėmis sąlygomis.
Auštančiame ikiplanetiniame medžiagos žiede formavosi vis didesnės medžiagos santalkos. Stambiausios virto planetomis. Bet didesnė ikiplanetinės medžiagos dalis vis dėlto liko chondrų (silikatinių lašelių) ir meteoritų būsenoje. Iš jų tikriausiai susiformavo meteoritų bei asteroidų žiedai.
Anksčiau buvo manoma, kad dalelių telkimosi ir planetų augimo procesas vyko tik dėl gravitacijos. Dabar pabrėžiama elektromagnetinių jėgų reikšmė santalkų formavimuisi dar iš protoplanetinės medžiagos.
Žemė ir kitos artimosios Saulės planetos (Merkurijus, Venera, Marsas) geocheminiu požiūriu sudaro ryškią Visatos anomaliją. Saulė (kaip ir kitos smarkiai spinduliuojančios geltonos žvaigždės) yra sudaryta iš 75 % vandenilio, 23 % helio, o visiems sunkesniems elementams tenka tik 2 % masės. Tuo tarpu Žemės grupės planetose vaizdas atvirkščias. Žemėje net 30 % planetos sudaro geležis. Merkurijaus masė turbūt net 60 % sudėta iš geležies, Marso – 25 %. Likusią šių sunkių planetų masės dalį sudaro metalų ir silicio junginiai, o vandenilio, helio, taip pat inertinių dujų labai maža. Stebina taip pat nenormaliai didelis deguonies kiekis.
Manoma, kad pirmykščiame, iš Saulės gelmių ištryškusiame plazmos debesyje sunkiujų elementų koncentracija dar nebuvo tokia didelė kaip dabar Žemėje, bet vis dėlto didesnė už vidutinį Saulėje esantį jų kiekį. Tas jau iš pat pradžių labai įvairios sudėties medžiagos žiedas netrukus ėmė sluoksniuotis; sunkiosios medžiagos atsidūrė žiedo ekvatorinėje plokštumoje, o lengvosios – jo išorinėse dalyse. Bet iš Saulės sklindantys protonų srautai (Saulės vėjas) per trumpą laiką suspėjo iš artimų saulei sričių nupūsti vandenilį ir helį, kurie didesniais kiekiais susitelkė debesies periferijose. Todėl, debesiui pradėjus skaidytis į medžiagos santalkas, arti Saulės augo nedidelės, bet sunkios planetos (Merkurijus, Venera, Žemė, Marsas), o toli nuo jos didelės (Jupiteris ir Saturnas). Nedideli šių planetų branduoliai apaugo labai storomis atmosferomis iš vandenilio, helio, taip pat iš vandenilio junginių su anglimi (metanas), su azotu (amoniakas), pagaliau su deguonimi (vanduo).
Manoma, kad dar kitokiomis sąlygomis didėjo tolimosios planetos – Uranas ir Neptūnas. Jų užuomazgos dėl labai lėto sukimosi augo lėčiausiai. Vandenilis ir helis per tą laiką jau buvo išsisklaidęs, todėl jų branduoliai aplipo daugiausia amoniako ir vandens apvalkalais.
Neaiški yra tolimiausios planetos – Plutono kilmė. Neseniai, aptikus transneptūnišką asteroidų žiedą, kilo mintis, kad ši nedidelė planeta, turinti labai u-tęstą orbitą, kitados yra buvęs asteroidas arba Neptūno palydovas.
Planetų užuomazgos, pritraukdamos mažesnius kūnus, didėjo. Nesiliaujantis meteoritų kritimas panašiai ugdė ir Žemę, didino jos tūrį. Apskaičiuota, kad planetų užuomazgos spėjo pritraukti savo traukos zonos daleles per 0,1 milijardo metų. Taigi Žemė per palyginti trumpą laiką išaugo iki 98 % dabartinės masės. Vėliau Žemės pasipildymas išsklaidyta kosmine medžiaga labai sumažėjo, nors nesiliovė iki mūsų dienų.
Dabar 4,53 % Saulės sistemos masės sukaupta asteroiduose, meteorituose, dulkėse. Žemė, skriedama orbita aplink Saulę, nemažai jų gauna. Apskaičiuota, kad Žemės atmosferoje nuolat yra apie 1 – 2 milijonai tonų kosminių dulkių. Iš jų apie 40 000 tonų kasmet (maždaug 100 tonų per parą) nusėda ant planetos paviršiaus. Kosminės dulkės (dažnai turinčios daugiau iridžio ir osmio elementų) dengia Antarktidos, Grenlandijos ir kalnų ledynus, sudaro nemažą giliausių vandenyno dugno nuosėdų (vadinamųjų raudonųjų dumblių) dalį. Daug kosminių dulkių, patekusių į planetos gravitacinį lauką, sukasi aplink, sudarydamos savotiškus palydovus.
Į planetas krito ir stambių meteoritų. Jų smūgiai sudarė kraterius. Didelė smūgių energijos dalis kaupėsi kaip vidinis karštis. Be abejo, ir Žemėje labai aukštų temperatūrų židinius pirmiausia sudarė kosminiai smūgiai. Jų “žaizdos” išlikusios iki šiol litosferoje, vadinamos astroblemomis. Jos atpažįstamos iš sutrupintų persilydžiusių uolienų, o neretai ir iš paviršiuje likusių kraterių.
Kitose planetose, kurių nesaugo tirštesnės atmosferos, visas paviršius yra badyte išbadytas krateriais. Žemės litosfera yra mažiau sužalota, nors pastaruoju metu astroblemų atrandama vis daugiau. Geriausios sąlygos joms išlikti paviršiuje buvo seniausiuose kontinentų branduoliuose – skyduose, kurie per ilgą geologinę praeitį nebuvo apsemti jūrų. Pavyzdžiui, Kanados skydo paviršiuje atpažįstama 19 smūginių kraterių, iš jų 9 dideli, daugiau kaip 10 km skersmens (3 pav.). Didžiausias Sadberio krateris į šiaurę nuo Hurono ežero yra 100 km skersmens, antras pagal dydį Manikuagano ežero krateris Labradoro pusiasalio pietrytiniame pakraštyje – 65 km skersmens.

Lentelė. Kanados didžiosios astroblemos

Eilės Nr. Kraterio pavadinimas Skersmuo,km Amžius, milijonaismetų Atpažinimo metai
1. Manikuaganas 65 210±4 1954
2. Klirouteris (vak.)Klirouteris (ryt.) 2514,5 285±50 1955
3. Karsvelas 30 485±50 1960
4. Kutiūras 10 300±150 1959
5. Nikolsonas 12,5 300±150 1965
6. Sadberis 100 1700±200 1966
7. Šarlevua 35 350±25 1966
8. Mistandinas 20 202±25 1966
9. Sent Martinas 24 225±25 1969

Astroblemų amžius labai įvairus, sakysim, Sadberio kraterio – net 1 700 milijonų metų. Bet visos kitos Kanados astroblemos jaunesnės, daugiausia 300 – 200 milijonų metų. Kai kurios mažosios astroblemos visai jaunos, vos 1 – 2 milijonų metų.
Nemaža astroblemų pastaraisiais metais atpažįstama ir Rusijos teritorijoje. Didžiausias iš jų – 100 km skersmens Papigajaus duburys Vidurio Sibiro skydo šiaurės rytiniame pakraštyje.
Lietuvos geologai palaidotą astroblemą aptiko prie Druskininkų, Mizarų kaimo apylinkėse.
Atrodo, kad Žemę dideli meteoritai smarkiai bombardavo tik pradiniuose planetos gyvavimo perioduose, kol nebuvo tankesnės atmosferos. Vėliau, kai planeta įsisiautė į apsauginį atmosferos šydą, o Saulės sistemoje sumažėjo didelių ikiplanetinės medžiagos sankaupų, stambių meteoritų labai sumažėjo.
Dilelių meteoritų smūgiai turėjo dar ir kitą labai svarbią reikšmę. Jie įvairiai pakreipė planetų ašis jų orbitų atžvilgiu. Smarkokai buvo pakreipta ir Žemės ašis. Planetoms augant, ilgainiui susidarė ir antras vidinio karščio šaltinis – radioaktyviųjų elementų skilimas.

3 pav. Smūginiai krateriai Kanados skyde. Pavadinimai pateikiami tik didžiausių kraterių

Radioaktyviųjų elementų daugiau buvo ne branduolyje, o išoriniame uoliniame didėjančios Žemės apvalkale. Dėl to pagrėstai galima spėti, kad Žemę apšvitino kosminis spinduliavimas Saulės sistemai perslenkant per Galaktikos spiralinę viją, kur vyksta supernovų sprogimai. Pagal planetų akrecijos hipotezes, Žemė įkaito nuo paviršiaus, ir karštis ėmė skverbtis gilyn. Taip pradėjo formuotis įvairių agregatinių būsenų planetos apgaubai – geosferos.
Žemės ir kitų planetų sferinės struktūros kilmė – labai svarbi ir dar tebediskutuojama problema. Kaip ir kada Žemė išsidiferencijavo į branduolį mantiją, plutą ir kitus apgaubus?
Dar neseniai vyravo mintis, kad pirmykštė Žemė susidariusi iš sukritusių atvėsusių meteoritų ir kitokios protoplanetinės medžiagos, buvusi vienalytė, neturėjusi nei branduolio, nei plutos. Ir tik vėliau, kai planetos masė pakankamai padidėjusi ir dėl meteoritų smūgių bei radioaktyviojo skilimo įkaitusi bei ėmusi lydytis, metalai panašiai kaip aukštakrosnėje grimzdę gilyn, sudarydami branduolį, o lengvesnės medžiagos kilusios į viršų, virtusios mantija ir pluta. Išsiskiriant lakiesiems komponentams. Formavosi atmosfera ir hidrosfera.
Tačiau kai kurie faktai nesiderina su pirmykštės homogeninės planetos hipoteze. Jau seniai patirta, kad planetų tankis, tolstant nuo Saulės, mažėja. Meteoritai labai aiškiai skiriasi į geležinius (branduolio medžiagos) ir akmeninius (mantijos medžiagos). Merkurijaus planetoje geležinis branduolys sudaro beveik du trečdalius visos masės. Neaišku, kaip mantija būtų galėjusi išskirti tiek geležies, juk joje metalų koncentracija nėra tokia didelė.
Svarstant šiuos ir daug kitų prieštaravimų, susiklostė vadinamosios heterogeninės planetų akrecijos (nevienalyčio didėjimo) pažiūros. Manoma, kad planetos iš pradžių turėjo sunkiųjų metalų (geležies ir nikelio) branduolius, kurie tik paskui aplipo metalų silikatais, panašiais į chondritus – akmeninius meteoritus. Galiausiai planetas apgaubė dar lengvesnių medžiagų, panašių į anglinius chondritus. Apgaubas. Pagal heterogeninės akrecijos pažiūras, Žemės sluoksniavimasis į branduolį, apatinę mantiją ir viršutinę mantiją yra pirminis, panašus į Saulę gaubusio išsklidusios protoplanetinės medžiagos žiedo sluoksniavimąsi.

Pirmykštės hidridinės Žemės hipotezė

Nuo seno susidariusia nuomone, kad žemės branduolys yra geležinis, o mantija – iš metalų rūdų, pastaruoju metu pradedama abejoti. Šitoks žemės modelis buvo sukurtas, atsižvelgiant į atskriejančius iš visatos geležinius, akmeninius ir anglingų chondritų meteoritus. Tačiau šie meteoritai, atklystantys į Žemę iš asteroidų žiedų, yra kilę iš tolimų Saulės sistemos erdvių, kuriose planetų formavimosi metu galėjo būti visai kitokios sąlygos, nulėmusios ir kitokių medžiagų santalkas.
Geologijos instituto darbuotojas V. Larinas iškėlė pirmykštės hidridinės Žemės hipotezę. Pasak jo, mūsų planetos gelmėse yra daug daugiau, negu iki šiol buvo manoma, vandenilio, o mažiau deguonies. V. Larinas siūlo vėl grįžti prie seniausios nebuliarinės hipotezės ir planetas kildinti iš ūko, kuriam traukiantis ir greitėjant sukimuisi, atsiskyręs ekvatorinis protoplanetinės medžiagos diskas, ilgainiui išsidiferencijavęs į planetas. Pagal tokį neonebuliarinį požiūrį Saulė ir planetos susidariusios tuo pačiu metu iš sukančiosi ir vis tankėjančio spiralinio ūko. Taigi planetoms teko ne Saulės vidaus, o ūko periferijos medžiaga, kurioje, aišku, turėjo būti daug vandenilio – Visatoje labiausiai paplitusio elemento (4 pav.).

4 pav. Medžiagų segregacija protoplanetiniame diske, veikiamame pirmykštės Saulės magnetinio lauko (pagal V. Lariną): 1 – sunkiai jonizuojami elementai; 2 – lengvai jonizuojami elementai; 3 – magnetinio lauko linijos

V.Larinas sako, kad ūko periferinis diskas iš pradžių buvo plazmos būsenos, taigi jį labai veikė ūko (pirmykštės saulės) magnetinis laukas, kurio linijos suskirstė medžiagą pagal cheminių elementų jonizacijos potencialą. Lengvai jonizuojančiosi medžiagos (metalai) pasiliko arčiau centrinio šviesulio, o sunkiai jonizuojančiosi buvo išstumtos į disko periferiją. Taip magnetinis laukas išskirstė protoplanetinę medžiagą, ir susiformavo kitokia artimųjų ir tolimųjų planetų sudėtis.
Deguonis yra sunkiai jonizuojamas elementas. Jo dideli kiekiai negalėjo likti sunkiose planetose, ir jis turėjo būti išsviestas į tolimųjų planetų sritį. Jo Žemėje liko nedaug, bet ir tas iš planetos gelmių ilgainiui buvo išstumtas į viršutinę mantijos dalį, dėl to čia jo ir susikaupė pernelyg daug, susidarė vadinamoji anomalija. Arčiau pirmykštės Saulės likę metalai turėjo būti susijungę su vandeniliu, kurio reikšmė Žemės branduoliui ir apatinei mantijai daug didesnė, negu numatė planetų akrecijos hipotezės.
Pagal naują požiūrį pirmykštė, iš besisukančio spiralinio ūko periferijos atsiskyrusi Žemė iš pradžių turėjusi būti sudaryta iš metalų hidridų, kurių būdinga savybė – kuo tobuliausiai susispausti.ta pirmykštė planeta buvusi mažo tūrio, bet labai didelio tankio. Tik planetos išorę gaubė kiek mažesnio tankio sfera su ištirpusiu metaluose vandeniliu. Ilgainiui vandenilis iš gelmių pradėjo šalintis. Dėl vandenilio degazacijos pradėjo keistis ėmė keistis ir planetos sandara. Metalų hidridų sfera mažėjo, ji virto vidiniu branduoliu. Metalų plazminė sfera su ištirpusiu vandeniliu virto išoriniu branduoliu. Aukščiau susidarė lengvesnė metalų ir silicio junginių sfera, virtusi mantija, o galiausiai susiformavo ir silikatų bei oksidų sfera – litosfera. Vykstant šiam procesui, smarkiai padidėjo planetos tūris, Žemė išsiplėtė. Per degazacijos procesą didelė vandenilio dalis susijungė su deguonimi ir susidarė vanduo, kita dalis susijungė su anglimi ir susiformavo angliavandeniliai ir t.t.
Pagal pirmykštės hidridinės žemės hipotezę ateityje planetos branduolys turės išnykti, visą labai padidėjusį planetos kūną užims mantijos medžiaga. Spėjama, kad tokioje stadijoje dabar yra Marsas ir Mėnulis, tuo tarpu Merkurijus gyvena tą etapą, kurį Žemė jau yra pergyvenusi tolimoje praeityje.

5 pav. Žemės raidos etapai pagal pirmykštės hidridinės Žemės hipotezę (V. Larinas): 1 – metalų hidridai; 2 – joniniai metalai su ištirpusiu vandeniliu; 3 – metalų ir silicio junginiai be deguonies; 4 – silikatai ir oksidai; VB – vidinis branduolys; IB – išorinis branduolys; M – mantija; L – litosfera

Praėjusio amžiaus pabaigoje ir šio amžiaus pradžioje labai diskutavo kontrakcijos (Žemės traukimosi dėl jos vėsumo) ir ekspansijos (Žemės skėtimosi dėl karščio kaupimosi) šalininkai. Kaip matome, pirmykštės hidridinės Žemės hipotezė yra iš skėtimosi (ekspansijos) hipotezių grupės, nors ji remiasi ta pačia I. Kanto ir P. S. Laplaso kosmogonine idėja, kuria 1875 m. naudojosi E. Ziusas, kurdamas kontrakcijos teoriją.

Žemės dydis

Žemė – trečia saulės sistemos planeta, dabar nutolusi apie 150 mln. km nuo centrinio šviesulio. Šis atstumas, laikomas astronominiu vienetu, pasirodė optimalus. Artimesnėse planetose (Merkurijuje, Veneroje) per karšta, o tolimesnėse (Marse, Jupiteryje, Saturne ir kt.) per šalta.
Žemė yra vidutinio dydžio planeta. Jos tūris 1083 milijardų km3, masė 597*1018 (apie 6000 trilijonų) tonų, vidutinis tankis 5,52 g/cm3 – didžiausias iš visų planetų . Jei planeta vystysis taip, kaip sako V.Larino hipotezė, žemės vidutinis tankis mažės ir artės prie Marso tankio.
Didoka Žemės masė sudaro ir stiproką gravitacijos lauką. Žemėje sunkio jėgos pagreitis (apie 980 cm/s2) yra daug didesnis negu Merkurijaus arba Marso planetose, truputį didesnis negu Veneroje ar Saturne, bet pustrečio karto mažesnis negu Jupiteryje. Stiprokas gravitacijos laukas leido žemei išlaikyti iš gelmių išsiskiriančias sunkesnes dujas – turėti atmosferą. Žemės kaimynas Marsas, kurio masė tik 0,11 Žemės masės, o gravitacija tik 0,38 Žemės gravitacijos, yra šiuo atžvilgiu blogesnėse sąlygose. Iš Žemės sprūsta tik vandenilis, o iš Marso – ir sunkesnės dujos.
Dėl didokos Žemės masės susikaupė ir dideli vidinio karščio ištekliai. Dėl to galėjo išsilydyti gelmės, vykti degazacija, vulkanizmas ir kiti audringo vidinio Žemės gyvenimo reiškiniai. Mažesnės planetos, kurių gelmėse mažesnis slėgis ir sukaupta mažiau karščio, gyvena daug ramesnį endogeninį gyvenimą.
Žemė, kaip ir kitos planetos, atlieka dvigubą judėjimą: sukasi aplink savo ašį ir kartu skrieja orbita aplink Saulę.

Žemės sukimasis aplink ašį

Žemė dabar sukasi aplink savo ašį palankiausiu greičiu – ne per greitai ir ne per lėtai. Panašiu greičiu (per 24,6 val.) apsisuka ir Marsas, tuo tarpu artimesnės Saulės planetos sukasi nepaprastai lėtai. Merkurijus vieną kartą aplink ašį apsisuka per 88, o Venera net per 243 mūsų paras. Būdamos arti Saulės, jos patiria didžiausią stabdomąjį Saulės gravitacinį poveikį. Jų sukimasis aplink ašį jau tiek sulėtėjęs, kad beveik susilyginęs su apsisukimu aplink centrinį šviesulį.
Tuo tarpu tolimosios planetos, kurios patiria mažiausią Saulės gravitacinį poveikį, aplink ašį apsisuka labai greitai – Jupiteris per 9,8 val., Saturnas per 10,2 val., Uranas per 10,8 val.
Nustatyta, kad dėl Saulės ir Mėnulio sukeliamų potvynių ir atoslūgių, o galbūt ir dėl planetos tūrio didėjimo Žemės sukimasis lėtėja.
Tiriant senovinių jūrinių koralų skeletų paros priaugimą (stipresnį dieną, silpnesnį naktį) paaiškėjo, kad paleozojaus eros pradžioje (prieš 500 mln. metų) Žemė per metus apsisukdavo 410, vėliau – 400 kartų. Mezozojaus eros pradžioje (prieš 220 mln. metų) metus sudarė 380 parų , o dabar per metus Žemė apsisuka tik 365 kartus. Žemės para kas 50000 metų pailgėja viena sekunde.
Neseniai kitais metodais nustatyta, kad proterazojaus eroje, taigi maždaug prieš 1500 mln. metų, Žemė per metus apsisukdavo iki 900 kartų, o para trukdavo mažiau kaip 10 dabartinių valandų. Paviršius tada iki vidudienio nespėdavo kaip reikiant įšilti.
Astronomai sako, kad, Žemės sukimuisi toliau lėtėjant, tolimoje ateityje mūsų planeta pasieksianti Veneros būseną. Tada į Saulę bus atkreipta tik viena Žemės pusė, o kitoje bus amžina naktis. Bet per artimiausius milijonus metų Žemės sukimosi greitis dar bus palankus: ne per trumpa diena ir ne per ilga naktis, paviršius ne per daug įšils ir ne per daug atvės.
Žemės, kaip ir kitų planetų, sukimosi ašis yra nukrypusi nuo statmenos orbitai padėties. Žemės orbitos polinkis lygus 23°27/. Dėl tokios ašies polinkio į tą pačią Žemės vietą Saulės spinduliai krinta čia statesniu, čia smailesniu kampu. Dėl to būna sezoninė daugelio reiškinių kaita, metų laikai.
Sezoninis reiškinių ritmiškumas ryškiausias vidutinėse juostose (tarp 23°27/ ir 66°33/ geografinės platumos). Jis visai neryškus karštojoje juostoje (tarp 23°27/ lygiagrečių – atogrąžų), bet užtat labai hipertrofuotas šaltosiose juostose – už poliaračių. Prie nevienodos sezoninės reiškinių kaitos atitinkamai yra prisitaikęs augalų ir gyvūnų, taip pat žmonių gyvenimas.
Marso sukimosi ašis pakrypusi panašiai kaip Žemės – 23°57/. Didžiosios planetos šiuo atžvilgiu labai skiriasi: Jupiterio ašis yra pakrypusi 3°5/, Saturno 26°44/, o Uranas skrieja orbita beveik gulėdamas ant šono.
Nustatyta, kad Žemės ašies polinkis svyruoja: šio kitimo periodas – 40400 metų. Dabar Žemės ašis tiesėja kasmet beveik po pusę sekundės. Dėl to siaurėja šaltosios ir karštoji juosta, o platėja vidutinės. Kadangi mažėja ašies pakrypimas, per pastaruosius 2000 metų karštoji juosta sumažėjo daugiau kaip 2 mln. km2. Kai Žemės ašies pakrypimas sumažės iki 21°58/ , pradės vėl didėti ir po 40400 metų pasieks nuožulniausią (24°36/) padėtį.
Žemei sukantis aplink savo ašį, kiekvienas pusiaujo taškas juda kartu su Žeme 465 m/s linijiniu greičiu. Aukštesnių lygiagrečių taškai juda atitinkamai lėčiau: 30-osios lygiagretės taškai – 402 m/s, o 60 – tik 195 m/s greičiu. Dėl to visi kūnai, kurie, be judėjimo kartu su Žemės paviršiumi, juda dar ir patys savarankiškai, patiria vadinamąjį Žemės sukimosi jėgos poveikį. Šiaurės pusrutulyje judantys kūnai nukrypsta nuo judėjimo krypties į dešinę, o Pietų – į kairę.
Pastebėta, kad didelės upės labiau graužia vieną savo krantą, sudaro nesimetriškus slėnius. Geležinkeliuose, kurių bėgiais traukiniai rieda tik į vieną pusę, greičiau susidėvi vienas bėgis. Labai didelį poveikį Žemės sukimosi jėga daro atmosferos, taip pat okeano masėms, ypač jūrų srovėms.
Žemės sukimasis truputį paįvairina ir sunkio jėgą. Ties pusiauju, kur Žemės paviršius sukasi greičiausiai, visi daiktai šiek tiek lengvesni (sunkio jėga čia lygi 978 cm/s2). Ašigaliuose daiktai sunkesni (983 cm/s2).

Žemės judėjimas orbita aplink Saulę

Planetos skrieja aplink Saulę orbitomis, kurios yra elipsės su dviem židiniais; viename iš jų yra Saulė. Planetos orbitose skrieja savo greičiu. Kuo toliau planeta yra nuo Saulės, tuo lėčiau ji skrieja ir jos metai ilgesni. Antai Merkurijus skrieja 47,9 km/s greičiu ir visą orbitą apeina per ketvirtį Žemės metų; Venera skrieja 35,0 km/s, ir jos metai trunka 0,61 mūsų metų. Jupiteris skrieja 13,1 km/s greičiu ir orbitą apeina per 11,86 Žemės metų, Saturnas, skriedamas tik 9,6 km/s greičiu, aplink Saulę apsisuka per 29,46 mūsų metų. Manoma, kad didžiausios planetos, periodiškai priartėdamos prie Saulės ir prie Žemės, padidėjusiu gravitaciniu poveikiu daro tam tikrą įtaką Saulei – padidina jos chromosferos aktyvumą, o pasmarkėjęs Saulės vėjas veikia Žemės magnetosferą ir jonosferą.
Žemė orbitoje skrieja 29,8 km/s greičiu. Skriedama elipsine orbita, ji čia priartėja, čia nutolsta nuo Saulės. Drauge kinta ir jos skriejimo greitis. Kai Žemė priartėja prie Saulės (perihelyje) ir atstumas tarp šių kosminių kūnų būna 147 mln. km, Žemė skrieja 30,27 km/s greičiu. Kai Žemė atitolsta (afelyje) ir nuotolis tarp jų pasiekia 152 mln. km, skriejimo greitis sumažėja iki 29 km/s.
Astronomai nustatė, kad ir Žemės orbitos pavidalas nėra pastovus. Orbita periodiškai kinta nuo elipsinės iki tobulos apskritiminės. Orbitos pavidalą nusako vadinamasis orbitos ekscentricitetas – elipsės židinio nuotolio iki elipsės centro santykis su ilgąja elipsės ašimi. Dabar Žemės orbitos ekscentricitetas lygus 0,017. Šis dydis kas 91800 metų kinta nuo 0 iki 0,068.
Šiuo metu yra tokia padėtis: esant Žemei perihelyje, Šiaurės pusrutulyje būna žiema, o Pietų – vasara. Perihelyje planeta skrieja greičiau, todėl Šiaurės pusrutulyje šaltasis pusmetis yra aštuoniomis dienomis trumpesnis negu šiltasis. Šiaurės pusrutulyje žiema trunka 89 paras, o pavasaris – 93, vasara – 94, ruduo – 90 parų. Pietų pusrutulyje atvirkščiai – tiek pat parų ilgesnis šaltasis pusmetis. Tai svarbi priežastis, dėl kurios Pietų pusrutulis dabar šaltesnis už Šiaurės pusrutulį.
Tačiau tokia palanki Šiaurės pusrutuliui padėtis ne amžina.
Žemę veikia ne tik Saulės, bet ir Mėnulio traukos jėgos. Dėl Žemės ašies polinkio didžiausią traukos poveikį patiria į šviesulius atsukta rutulio pusė, nesutampanti su pusrutuliais išilgai meridianų. Dėl to visa planeta šiek tiek pasisuka, ir Žemės ašis pamažu keičia padėtį. Tai vadinamoji precesija, dėl kurios kas 26000 (tiksliau: 25725) metų mūsų planetos ašis apsuka kūgį. Ateityje dėl precesijos Šiaurės pusrutulis pereis į perihelį vasaros sąlygomis. Tada mūsų pusrutulyje pasidarys vėsiau, o Pietų – šilčiau.
Žemės judėjimą aplink Saulę trikdo Mėnulis. Šis mūsų planetos palydovas yra toks didelis, kad, žvelgiant iš Visatos, Žemė atrodo kaip dviguba planeta. Ir iš tikrųjų abu šie kaimyniniai kosminiai kūnai turi bendrą masių centrą (baricentrą), esantį mūsų planetos viduje, netoli Ramiojo vandenyno dugno. Dėl abiejų kūnų savitarpio traukos Žemė, judėdama orbitoje, truputį krypuoja, nutoldama nuo taisyklingo elipsinio kelio.

Žemės pavidalas

Iš kitų planetų Žemė išsiskiria savo specifiniu pavidalu. Žvelgiant iš visatos, Žemė atrodo rutulys, apgaubtas debesų. Jei Žemė suktųsi taip lėtai kaip, pavyzdžiui, Venera, tai ji iš tikrųjų būtų taisyklingas rutulys. Bet dėl didoko sukimosi greičio Žemė per pusiaują išsipūtė, o ašigaliuose susiplojo, taigi ji virto sukimosi elipsoidu. Jo perimetras išilgai meridianų – 40009 km, o išilgai pusiaujo – 40076 km, ašigalinis spindulys – 6356,9 km. Abiejų spindulių – ašigalinio ir pusiaujinio – skirtumą (21,5 km) padalijus iš pasaulinio spindulio gaunamas Žemės paplokštumo dydis. Mūsų šalyje vartojamas F. Krasovskio apskaičiuotasis paplokštumo dydis, lygus 1:298,25.
Tolimesnės nuo Saulės planetos, kurios sukasi daug greičiau negu Žemė, yra susiplojusios smarkiau. Jupiterio paplokštumas yra 1:15,4, Saturnas – 1:9,5.
Tikslesni Žemės formos tyrimai parodė, kad mūsų planeta abiejuose pusrutuliuose susiplojusi nevienodai. Pietų pusrutulis yra susiplojęs kiek daugiau negu Šiaurės, nors ašigalinių spindulių ilgis skiriasi nedaug: šiaurinė pusašė ilgesnė už pietinę vos 100 m.
Yra žinoma, kad geologinėje praeityje Žemė sukosi greičiau negu dabar, taigi ji turėjo būti ir labiau padidėjusi. Mažėjant sukimosi greičiui, pusiaujinis Žemės skersmuo trumpėjo, Žemė tartum ,,lieknėjo per taliją”, o ašigalinės sritys – išsigaubė.
Dabartinio abiejų pusrutulių nevienodo paplokštumo kilmė nėra iki galo išaiškinta. Kai kurie mokslininkai mano, kad, lėtėjant Žemės sukimuisi, greičiau į tai reagavo Žemės pusrutulis, o Pietų pusrutulis atsiliko, išlaikęs archaiškesnę būseną. Kiti mokslininkai mano, kad, dar formuojantis planetai, Pietų pusrutulyje susitelkė truputį lengvesnės medžiagos, todėl, esant bet kokiam sukimosi greičiui, ta planetos pusė turinti būti labiau susiplojusi.
Žemės formos tyrinėtojai mano, kad ši nedidelė mūsų planetos ašigalinė asimetrija turėjo rimtų padarinių. Sukantis deformuotam sferiniam kūnui, atsiranda įtampų, sukeliančių jėgas, kurios stengiasi atstatyti taisyklingą pavidalą. Tos vadinamosios Žemės asimetriškumo jėgos privertė įsmukti Šiaurės ir iškilti Pietų ašigalį. Leningrado geofizikas G. Katerfeldas teigia, kad dėl to mūsų planeta įgijo svarbiausius antipodiškumo elementus – Arkties vandenyną ir Antarktidos žemyną.

Dar anksčiau Žemės formos tyrinėtojai atkreipė dėmesį į pusiaujo deformaciją. Pasirodė, kad pusiaujas irgi nėra tobulas apskritimas; jis taip pat artimas elipsei. Ilgesnioji jo ašis jungia Ramujį vandenyną su Afrika, o trumpesnioji – Indoneziją su Centrine Amerika. Afrikos – Ramiojo vandenyno pusiaujinė ašis yra ilgesnė už Indonezijos – Centrinės Amerikos ašį apie 400 metrai (425 metrai pagal Izotovą: 398 metrai – pagal Žongolovą).
Įdomu, kad abu pusiaujiniai Žemės išsipūtimai (kaip ir abu įdubimai) nėra lygūs. Pavyzdžiui, į Ramujį vandenyną išeinantis pusiaujinis spindulys truputį ilgesnis už Afrikos pusiaujinį spindulį.
Pusiaujinė Žemės deformacija yra ne mažesnė mįslė kaip ir nevienodas ašigalių paplokštumas. Manoma, kad praeityje Žemės pusiaujinė deformacija buvo didesnė negu dabar ir kad dėl tos deformacijos yra kaltas Mėnulis. Dabar Mėnulio trauka sukelia Žemėje vandenynų potvynius ir atoslūgius. Dėl tos pačios priežasties analogiškai alsuoja atmosfera ir net litosfera. Vandenyno potvyninės jėgos, veikiančios priešinga Žemės sukimosi kryptimi, stabdo planetos sukimąsi. Dėl to kas 50000 metų para pailgėja 1 sekunde. Mėnulis tolsta nuo Žemės 1,5 metrų per šimtmetį greičiu.
Manoma, kad Žemės gyvavimo pradžioje Mėnulis buvo labai arti, nutolęs vos per 2,5 Žemės spindulio (dabar nutolęs per 60 Žemės spindulių). Jo sukimosi aplink Žemę periodas sutapo su Žemės sukimusi aplink ašį, todėl sidabrinis dvigubos planetos narys buvo visą laiką pakibęs virš Žemės vienoje vietoje ir sukeldavo didelius išsipūtimus net kietame to meto planetos paviršiuje. Didžiausias išsipūtimas buvęs Ramiojo vandenyno rajone (viršum jo kybojo Mėnulis), o kiek mažiau – priešinga pusė – dabartinė Afrika. Abu išsipūtimus turėjo kompensuoti statmenos neigiamos deformacijos.
Ilgainiui Mėnulis pradėjo tolti nuo Žemės, Žemės sukimosi aplink ašį ir Mėnulio apskriejimo aplink Žemę periodas pasidarė skirtingi, atsistatė Žemės taisyklingas pavidalas, nors nežymių pėdsakų išliko iki šiol. Dėl to Žemės pavidalas dabar apibūdinamas kaip triašis sukimosi elipsoidas.
Manoma, kad, dėl Žemės sukimosi jėgų atsistatant taisyklingam planetos pavidalui, labiau išsigaubusi jos pusė įsmuko, o mažiau išsigaubusi – iškilo. Taip susidarė Ramiojo vandenyno duburys ir Afrikos žemynas – antra Žemės antisimetriškų elementų pora.
Rotacinės hipotezės šalininkai mano, kad analogiškai rutuliojasi ir trumpesnių pusiaujinių spindulių sritys. Vienos įdubo ir susidarė vandenynai, o kitos iškilo – susiformavo meridianiniai žemynų ruožai. Taigi dėl praeityje buvusio labai didelio Mėnulio poveikio mūsų planetos svarbiausi paviršiaus elementai dabar nutįsę meridianiniais ruožais. Tačiau kartu ryškūs ir normalūs platuminiai elementai, susidarantys planetoje dėl to, kad kinta jos susiplojimo laipsnis.
Tolimiausioje praeityje, kai Žemė sukosi aplink savo ašį labai greitai, o jos paplokštumas buvo daug didesnis, žemynai turėjo būti susitelkę išilgai pusiaujo. Vėliau, lėtėjant sukimuisi ir mažėjant paplokštumui, pusiaujinės sritys pradėjo dubti ir kiti aukštesnių platumų sritys. Vietoj vieno vienintelio žemyno (Pangėjos) ėmė formuotis du superkontinentai – vienas Pietų, kitas Šiaurės pusrutulyje. Jei abu pusrutuliai būtų mažinę paplokštumą vienodai, tai abi kontinentinės masės būtų išsidėsčiusios simetriškai nuo pusiaujo, kaskart vis toliau nuo jo. Bet dėl ašigalinės asimetrijos Šiaurės pusrutulis rutuliojasi sparčiau. Nepaisant Mėnulio sukeltų meridianinių deformacijų, dar ir dabar Šiaurės pusrutulio žemynai daugiausia yra susitelkę aukštesnėse (70-500), o Pietų pusrutulio žemesnėse (40-300) platumose.
Dėl ašigalinės asimetrijos, taip pat dėl pusiaujinių deformacijų mūsų planetos figūra tapo originali, apibūdinama geoido vardu. Jį nusako to paties stiprumo gravitacijos lauko paviršius, visur statmenas sunkio jėgai. Dėl to geoido paviršius žemynuose brėžiamas aukščiau už sukimosi elipsoido (vandenyno lygio) paviršių, o vandenynuose – žemiai už jį.

Žemės sandara

Žemė, kaip ir svogūnas, susideda iš kelių koncentrinių apvalkalų. Kiekvieno jų cheminė sudėtis ir fizinės savybės yra savitos. Šie apvalkalai grupuojami į tris pagrindinius sluoksnius – geosferas.
Išorinė geosfera vadinama Žemės pluta, ji gaubia mantiją, o pačiame viduryje yra branduolys. Kietoji pluta ant kurios mes gyvename, palyginti su visa Žeme, yra labai plona – tarsi kiaušinio lukštas; ji sudaro vos 1,5 % Žemės tūrio (0,8 % masės). Žemės plutos storis labai nevienodas – nuo 5 iki 40 km (ploniausia – vandenynų dugne). Žemės plutos viršutinė dalis mokslininkų gerai ištirta, nes ji lengviau prieinama, o žinios apie vidines Žemės dalis gaunamos iš seisminių bangų, jų sklidimo tyrimų.
Seisminės (žemės drebėjimo) bangos sklinda per įvairaus tankio Žemės plutos uolienas. Krisdamos nevienodo tankio uolienų ribos plokštumą, jos lūžta, panašiai kaip lūžta šviesos spindulys, eidamas per stiklą. Jei bangų sklidimo kryptis ir plokštuma, skirianti skirtingų savybių uolienas sudaro smailų kampą, bangos ne lūžta, o atsispindi. Jei žemės drebėjimas įvyko nelabai giliai, seisminės bangos sklinda nuožulniai, o iš didelių gelmių ateinančios bangos kerta Žemės plutą beveik statmenai. Matuodami bangų sklidimo kampą ir greitį, apskaičiuodami jų nueitą kelią, geofizikai galėjo apskaičiuoti įvairių Žemės sferų storį ir tankį.

Žemės pluta

Žemės plutos ir viršutinės mantijos cheminė sudėtis (6 pav.) nustatyta iš tiesioginių uolienų tyrimų, daromų Žemės paviršiuje arba palyginti nelabai giliai Žemės plutoje. Deja, labai nedaug težinoma, kas yra po viršutine mantija. Spėjama, kad Žemės gelmių sudėtis panašių į geležinių ir akmeninių meteoritų sudėtį.

Žemę sudaro trys pagrindiniai sluoksniai – Žemės pluta, mantija ir branduolys. Žemės pluta skirstoma į kontinentinę ir okeaninę. Viršuje esanti kontinentinė pluta susideda daugiausia iš granito, joje daug silicio ir aliuminio (dėl to vadinama sialiu). Okeaninė pluta daugiausia bazaltinė, joje daug silicio ir magnio (dėl to vadinama sima). Sima nusidriekia ir po kontinentiniu sialiu. Sialiniai žemynai būdami lengvesni už simą, dreifuoja joje lyg ledkalniai vandenyne. Mantiją sudaro uolienos, kuriose daug magnio ir geležies silikatų. Žemės branduolys yra labai tankus, tikriausiai susideda daugiausia iš išsilydžiusių geležies ir nikelio oksidų.

6 pav. Žemės pjūvis

Žemės pluta skirstoma į kontinentinę ir okeaninę. Viršutinė Žemės plutos dalis – kontinentinė Žemės pluta dar vadinama sialiu (iš gausiausių joje cheminių elementų – silicio ir aliuminio – simbolių), okeaninė – sima (iš gausiausių joje cheminių elementų – silicio ir magnio – simbolių; 6 pav.).
Okeaninė pluta slūgso ir po kontinentine pluta. Vandenynų dugne ją dengia plonas nuosėdų ir lavos sluoksnis. Sialio tankis 2,7 g/cm3. Sima sunkesnė; jos tankis 2,9 g/cm3.
Pereinant iš Žemės plutos į mantiją, medžiagos tankis staigiai padidėja – nuo 2,9 g/cm3 iki 3,3 g/cm3. Plokštuma, skirianti Žemės plutą nuo mantijos, gerai atspindi seismines bangas. Ji vadinama Mochorovičiaus paviršiumi. A. Mochorovičičius – kroatų mokslininkas, atradęs šį paviršių 1909 metais. Mochorovičiaus paviršius laikomas Žemės plutos pamatu. Jis slūgso vidutiniškai 35 kilometrų gylyje po žemynais ir vos 10 kilometrų žemiau jūros lygio – po vandenynais ir jūromis.

O kas po pluta?

Viršutinė mantija susideda iš trijų sluoksnių: plono kieto viršutinio sluoksnio (nuo Mochorovičiaus paviršiaus iki maždaug 60-100 km gylio), klampios lyg tešla astenosferos (maždaug iki 200 km gylio) ir storo apatinio sluoksnio (tarp 20 ir 700 km). Viršutinis sluoksnis su virš jo slūgsančia Žemės pluta sudaro kietąjį Žemės apvalkalą – litosferą, kurį susideda iš keleto plokščių (megablokų). Šios plokštės horizontaliai dreifuoja astenosferos (7 pav., 2) paviršiumi. Dėl labai didelio slėgio ir karščio astenosferos medžiaga beveik išsilydžiusi, taki.
Viršutinę mantiją nuo apatinės skiria kita riba, kurioje medžiagos tankis toliau didėja (nuo 3,3 g/cm3 iki 4,3 g/cm3). Manoma, kad apatinė mantija susidariusi daugiausia iš peridotito; yra joje ir didesnio tankio mineralų, susidarančių dėl milžiniško slėgio, kurį sukelia aukščiau esančių uolienų masė.
Tarp apatinės mantijos ir branduolio, 2900 km gylyje, yra dar vienas sluoksnis, kuriame tankis padidėja nuo 5,5 g/cm3 iki 10 g/cm3. Tai vadinamasis Gutenbergo sluoksnis (7 pav., 5); mokslininkas Gutenbergas jį atrado 1914 metais. Branduolys irgi nevienalytis. Manoma, kad 5150 km gylyje yra riba, dalijanti jį į išorinę ir vidinę zonas; spėjama, kad jas sudaro geležies ir nikelio lydinys. Išorinė zona, mokslininkų nuomone, turėtų būti skysta, nes joje išblėsta skersinės seisminės, arba S, bangos, o vidinė zona- kieta, nes išilginės, arba P, bangos šitoje zonoje sklinda kiek greičiau. Išorinės ir vidinės branduolio zonų riboje medžiagos tankis padidėja nuo 12,3 g/cm3 iki maždaug 13,3 g/cm3, o branduolio centre, 6371 km gylyje, – iki 13,6 g/cm3 (7 pav.).
Į Žemės paviršių nukritę meteoritai yra akmeniniai arba geležiniai, ir jų kiekybinis santykis maždaug atitinka Žemės mantijos ir branduolio santykį. Galbūt šie meteoritai kitos, panašios į mūsų Žemę planetos likučiai; ta planeta išnyko labai seniai (galbūt susprogo).

Šilumos reiškiniai

Šilumos kiekį, sklindantį iš Žemės gelmių ir pasiekiantį jos paviršių, galima paaiškinti taip: kuo giliau, tuo Žemės plutoje karščiau. Ties pamatu temperatūra pakyla maždaug iki 375° C, viršutinėje mantijoje, 50 km gylyje iki 800° C, 1000 km gylyje – 1800° C, 2900 km gylyje, mantijos apačioje, – apie 2500° C, Žemės branduolio centre – apie 3000° C.

7 pav. Žemės skerspjūvis

Žemės plutos storis labai nevienodas – nuo 5 iki 40 kilometrų (ploniausia – vandenynų dugne). Žemės pluta su viršutinės mantijos viršutiniu sluoksniu sudaro kietąją litosferą; ji tarsi plūduriuoja ant plastiško sluoksnio, vadinamo astenosfera. Šitoje “jūroje” litosferos plokštės gali dreifuoti į vieną ar kitą pusę. Viršutinė mantija eina iki 700 km gylio, giliau yra apatinė mantija. Mantija yra susidariusi iš peridotito. Astenosferoje peridotitas įkaitęs beveik iki lydymosi temperatūros. Matyt, todėl čia lėčiau sklinda seisminės bangos. Teiginys, kad astenosfera yra beveik skysta neprieštarauja plokščių tektonikos teorijai. Manoma, kad medžiagos tankis apatinėje mantijoje didėja dėl slėgio ir tankesnės atomų sanglaudos, o cheminė mantijos sudėtis nesikeičia. Mantiją nuo išorinio brandulio skiria Gutenbergo sluoksnis, kuriame staigiai sumažėja seisminių P bangų sklidimo greitis ( nuo 14 km/s iki 8 km/s), S bangos išoriniame branduolyje visai nesklinda. Šie duomenys rodo, kad išorinis branduolys yra skystas. Tankis didėja šuoliškai – nuo 5,5 g/cm3 apatinėje mantijoje iki 10 g/cm3 išoriniame branduolyje, dar giliau į centrą tankis padidėja iki 12-13 g/cm3. Nors branduolys sudaro tik 16 % Žemės tūrio, tačiau jo masė – net 32 % planetos masės. Manoma, kad branduolys susideda iš geležies ir nikelio. Ši hipotezė remiasi įvairių stebėjimų duomenimis. Be to, iš geležies ir nikelio, susidarę meteoritai, kurie galbūt yra kokios nors planetos liekanos. Žemės centre, vidiniame branduolyje, P bangų sklidimo greitis dar padidėja, todėl manoma, kad vidinis branduolys yra kietas. Tarp išorinio ir vidinio branduolio yra sluoksnis, kuriame medžiagos tankis ir seisminių bangų greitis šuoliškai padidėja.

Žemė – magnetas

Žemė turi stiprų magnetinį lauką. Dirbtinis magnetas (pavyzdžiui, pakabintas ant siūlo gulsčias įmagnetėjęs virbas) pasisuko taip, kad vienas galas rodo Žemės Šiaurės magnetinį polių, kitas – Pietų. Jei netoliese yra kitas magnetas ar didelė ritė, kuria teka elektros srovė, kabantis magnetas reaguos į kito magneto sukurtą magnetinį lauką.
Žemei sukantis apie savo ašį, jos mantija su kietąja pluta, slysdamos išorinio branduolio skystuoju sluoksniu, sukasi šiek tiek greičiau negu vidinis branduolys, todėl branduolio elektronai juda mantijos ir plutos elektronų atžvilgiu. Šis elektronų judėjimas sukuria gamtinį srovės generatorių, kuris savo ruožtu kuria magnetinį lauką, panašiai kaip jį kuria indukcijos rite tekanti elektros srovė.
Žemės magnetinė ašis pasvirusi į geografinę ašį apie 110° kampu, todėl magnetiniai poliai nesutampa su geografiniais ašigaliais.Žemės magnetinės ašies posvyris nuolat kinta, bet ilgą laiką (net dešimtis tūkstančių metų) magnetiniai poliai išlieka maždaug vienoje vietoje.
Kompaso rodyklė nebūtinai nukrypsta tiesiai į šiaurę ir pietus. Kampas tarp kompaso rodomos krypties ir Žemės ašies vadinamas magnetine deklinacija. Jos dydis įvairiose Žemės vietose skirtingas. Mažus Žemės magnetizmo trikdžius sukelia tikriausiai silpni sūkuriai tarp branduolio ir mantijos, nors panašiai gali veikti ir didžiuliai įmagnetėję uolienų ar rūdų gabalai.
Žemės magnetinį lauką trikdo Saulės vėjo elektringosios dalelės. Įlėkusios į aukštinę atmosferą, jos šiek tiek pakeičia priežeminį magnetinį lauką. Kai kurie pokyčiai, pavyzdžiui, paros svyravimai, būna reguliarūs, o kiti (magnetinės audros) – nereguliarūs.

Žemės charakteristika

Pusiaujo skersmuo 12 756.28 km
Ašigalinis skersmuo 12 713.51 km
Paplokštumas 0.003 353
Pusiaujo ilgis 40 075.0 km
Masė 5.974·1024 kg
Vidutinis tankis 5.515 g/cm3
Laisvojo kritimo pagreitis (prie paviršiaus): 9.78049 m/s29.83235 m/s29.80665 m/s2

pusiaujyjeašigaliuosenormalusis
I kosminis greitis (prie paviršiaus) 7.91 km/s
Pabėgimo (II kosminis) greitis (prie paviršiaus) 11.19. km/s
Apsisukimo apie ašį žvaigždinis periodas (žvaigždinė para) 23.934 h
Pusiaujo plokštumos posvyris į ekliptikos plokštumą (1984) 23.442
Apskriejimo aplink Saulę periodas (žvaigždiniai metai) 365.25636 d
Nuotolis nuo Saulės: 152.096 mln. km147.100 mln. km149.597 87

afelyje perihelyje vidutinis

NAUDOTA LITERATŪRA

1. A. Basalykas Žemė – žmonijos buveinė.- Vilnius: 1985. – P. – 256.
2. Enciklopedija Žemė ir jos gėrybės.- Vilnius: 1992. – P. – 256.
3. Enciklopedija Mokslas ir Visata.- Vilnius: 1989. – P. – 296.
4. R. Flintas Žemės istorija.- Vilnius: 1985. – P. – 262.
5. V. Dvareckas, A. Gaigalas Visata, Žemė, žmogus.
6. Iliustracijos iš Interneto

Leave a Comment